CN104377715A - 一种应用于三相四线制微网中的逆变器控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种应用于三相四线制微网中的逆变器控制方法，其步骤是：将 Vref 与 V0 叠加经过PI调整构成电压闭环控制，Vref是由下垂控制产生的电压参考值，V0为逆变器输出电压；将输出交流电压参考命令Vref与2/Vdc相乘构成前馈电压参考值，和电压闭环控制两者叠加而成，作为电压整体控制环，Vdc为直流侧电压；在滤波电感上测量电感电流 iL ，经二阶带通滤波器将电感电流 iL 中的高频振荡分量提取出来，取负后经过PI控制器构成电流阻尼控制环；将电压整体控制环与电流阻尼控制环产生控制命令叠加后作为正弦脉宽调制(SPWM)的调制比 d ，使逆变器输出电压能够满足微网在孤岛运行时的要求，同时在负荷发生变化时抑制振荡。

Description

一种应用于三相四线制微网中的逆变器控制方法
技术领域
本发明属于DC/AC逆变器控制领域，是一种应用于三相四线制微网中的逆变器控制方法。
背景技术
分布式发电相对于大规模集中式发电，有诸多优势，具有污染少、可靠性高、能源利用率高、安装地点灵活等方面优点。与发电机直接并网相比，通过电力电子接口的分布式电源输出的电压和频率由接口逆变器控制策略决定。微网是分布式电源接入配电网的一种新的形式，其能够实现自我控制、保护和管理，既可以与大电网并网运行，也可以孤岛运行。
在三相四线制低压微网供电系统中，负荷分为三相负荷和单相负荷，其中大部分为单相负荷。由于大量单相负荷的接入，将会导致三相功率不平衡现象的发生。
目前微网的控制方法主要分为主从控制和对等控制，对等控制中包含下垂控制。由于下垂控制能够自动实现负荷均分而被广泛采用。同时三相逆变器本体控制通常采用功率解耦控制，即采用电压外环与电流内环串联控制。
现有的这些控制方法存在的问题：1.现有的下垂控制是针对三相功率做下垂计算，无法应用于三相功率不平衡系统中；2.基于下垂控制参考命令的电压外环与电流内环串联控制的两个PI控制器参数很难调节；3.控制环采用解耦控制，也不适用于三相功率不平衡系统中；4.没有考虑负荷变动时的LC振荡问题。
发明内容
本发明提出了一种应用于三相四线制微网中的逆变器控制方法。利用该控制方法的逆变器能够运行在三相功率不平衡的三相四线制微网中，具有实现系统电压动态调节的能力；同时采用并行电流阻尼环来减小因负荷变化引起的振荡。 
实现上述目的所采用的技术方案是：
1、将V ref 与V 0 叠加经过PI调整构成电压闭环控制，Vref是由下垂控制产生的电压参考值，V0为逆变器输出电压； 
2、将输出交流电压参考命令Vref与2/Vdc相乘构成前馈电压参考值，和电压闭环控制两者叠加而成，作为电压整体控制环，Vdc为直流侧电压；
3、在滤波电感上测量电感电流i L ，经二阶带通滤波器将电感电流i L 中的高频振荡分量提取出来，取负后经过PI控制器构成电流阻尼控制环；
4、将电压整体控制环与电流阻尼控制环产生控制命令叠加后作为正弦脉宽调制(SPWM)的调制比d，使逆变器输出电压能够满足微网在孤岛运行时的要求，同时在负荷发生变化时抑制振荡。
本发明的有益效果是：
该控制方法中基于下垂控制参考命令的电压整体控制环可满足输出电压的稳态与动态要求，与电压环并列运行的电流环可抑制由电感电流中的高频分量引起的输出电压电流高频振荡。同时三相四线制微网中逆变器使用该方法进行三相独立控制，三相四线制电压源逆变器能够运行于三相功率不平衡的系统中；能够保证电压源逆变器的输出电压准确跟踪微网期望的电压参考值；提出的电流阻尼控制环能够提高三相四线制微网在孤岛运行方式下的暂态特性，尤其能减小切负荷时刻的电压电流振荡。
附图说明
    图1为本发明的电压整体控制环结构图。
图2为本发明的电流阻尼控制环结构图。
图3为本发明所提出的单相逆变器整体控制结构图。
图4为基于本发明的三相四线制逆变器的三相独立控制系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进行进一步详细说明。
本发明提出一种加入前馈电压参考值的电压闭环控制和电流阻尼控制环的并行控制，适用于三相四线制微网接口逆变器进行三相独立控制。
图1中V ref 是由下垂控制产生的电压参考值，V 0 为逆变器输出电压，V ref 与V 0 叠加经过PI调整构成电压闭环控制。电压整体控制环是将输出交流电压参考命令Vref与2/Vdc相乘构成前馈电压参考值和电压闭环控制两者叠加而成，记为                                               ，Vdc为直流侧电压；需要指出的是，前馈电压参考值（前馈补偿）并不是固定的量，由于V dc 可以由光伏发电提供，因此当V dc 变化时，前馈补偿也相应作出调整。
电压闭环控制与前馈电压参考值二者叠加的作用效果使控制系统的动态调整效果相比闭环控制更有效。
如图2所示，在滤波电感上测量电感电流i L ，经二阶带通滤波器将电感电流中的高频振荡分量提取出来，取负后经过PI控制器构成电流阻尼控制环，完成电流阻尼控制。图3中d为电压整体控制环输出量dv与电流阻尼环产生控制命令diL叠加后正弦脉宽调制(SPWM)的调制比。电流阻尼控制环由二阶带通滤波器和PI控制器构成，二阶带通滤波器将电感电流中的高频振荡分量提取出来，在经过PI控制器后作为负反馈量与电压闭环控制和前馈补偿叠加，目的在于去除由电感电流中的高频振荡分量引起的输出电压振荡。
如图4所示，整个控制系统采用三相四线制半桥逆变器，每个桥臂与公共接地中性线构成回路控制单相电压，三相四线制微网中逆变器利用该控制方法进行三相独立控制，三相四线制电压源逆变器能够运行于三相功率不平衡的系统中。闭环控制输出的占空比命令经PWM控制逆变器的开关。整个占空比命令为三部分叠加结果，第一部分为电压环内下垂控制产生的电压参考值V ref 与逆变器输出电压V 0 经过PI控制器之后产生的占空比，第二部分为电流环提供的负反馈：以B相逆变器为例，在滤波电感上测量电感电流i LB ，测量后经二阶带通滤波器，提取出电感电流中的高频分量，经PI控制器得到电感电流高频分量的负反馈。第三部分为前馈电压参考值。通过将电压闭环控制加前馈电压参考值作为单相逆变器的电压整体控制环，同时与电流阻尼环并行控制相结合，逆变器能够运行于三相四线制微网中，特别是三相功率不平衡的三相四线制微网，逆变器输出电压能够满足微网在孤岛运行时的要求。同时在负荷发生变化时，振荡问题能够有效抑制。

Claims (1)

1. 一种应用于三相四线制微网中的逆变器控制方法，其特征是：
1）、将V ref 与V 0 叠加经过PI调整构成电压闭环控制，Vref是由下垂控制产生的电压参考值，V0为逆变器输出电压； 
2）、将输出交流电压参考命令Vref与2/Vdc相乘构成前馈电压参考值，和电压闭环控制两者叠加而成，作为电压整体控制环，Vdc为直流侧电压；
3）、在滤波电感上测量电感电流i L ，经二阶带通滤波器将电感电流i L 中的高频振荡分量提取出来，取负后经过PI控制器构成电流阻尼控制环；
4）、将电压整体控制环与电流阻尼控制环产生控制命令叠加后作为正弦脉宽调制(SPWM)的调制比d，使逆变器输出电压能够满足微网在孤岛运行时的要求，同时在负荷发生变化时抑制振荡。
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