CN104578878B - 一种三相四桥臂并网逆变器的控制方法 - Google Patents

一种三相四桥臂并网逆变器的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三相四桥臂并网逆变器的控制方法，所述并网逆变器包括功率变换电路和控制器。功率变换电路由并联的四个桥臂组成，所述控制器实时采集逆变器输出三相电流瞬时值、电压值及频率和相位，计算逆变器每相期望电流有效值，并设定瞬时值为与对应电网电压同频同相的正弦信号。控制器在每个控制周期将期望的瞬时电流与检测到的实际电流相减，形成偏差，PI控制器根据偏差计算控制量，归一化处理后得到三相控制量，经比较器找到最小的控制量，并将相应的桥臂设为参考桥臂，其它桥臂的控制占空比转换为与该桥臂的控制量差值。本发明既能实现了三相并网，也具备单相和两相并网功能。

Description

一种三相四桥臂并网逆变器的控制方法
技术领域
本发明属于一种并网逆变器的控制方法，特别是一种三相四桥臂并网逆变器的控制方法。
背景技术
能源问题一直是制约一个人类社会发展的重要因素，社会的每一次重大进步，都离不开能源的改进和更替。2012年6月，著名的美国经济学家杰里米·里夫金提出，世界即将步入“后碳”时代，以互联网技术和可再生能源相结合为特征的第三次工业革命将是人类可持续发展、避免灾难性气候变化的希望。我国正在从战略上调整目前的能源结构，大力研究开发清洁可再生能源技术，包括风能、太阳能、氢能等能源的开发与应用。在国家政策的大力引导下，风能、太阳能的开发与利用得到了迅猛的发展。2013年2月，国家电网公司发布《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，明确指出家庭用户不但能用风能、太阳能等新能源发电装置给自己供电，还可以将用不完的电卖给电网。
新能源发电技术的高速发展促使分布式发电技术也突飞猛进，分布式发电系统的建立促使了新型电网的建设，提升了传统电网的稳定性与可靠性。三相并网逆变器是分布式发电系统的核心部件，对其进行研究具有重要意义。
目前的三相并网逆变器控制方法比较复杂，都涉及空间矢量变换，计算量大，对硬件要求高，而且三相并网逆变器只能用于三相并网逆变，不能用于单相和两相并网逆变，通用性差。
因此，有必要提供一种计算量小，可实现性强，并能实现单相、两相、三相并网的并网逆变控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现简单，计算量小，并且可以在一台逆变器中实现三相、两相和单相并网逆变的三相四桥臂并网逆变器的控制方法，以克服现有技术的不足。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种三相四桥臂并网逆变器的控制方法，所述并网逆变器包括功率变换电路、滤波电路以及控制器，所述功率变换电路包括并联连接的A桥臂、B桥臂、C桥臂及N桥臂，每个桥臂由上桥臂IGBT及下桥臂IGBT串联组成，所述并网逆变器的控制方法是：所述控制器实时采集逆变器三相输出电流、电网三相电压及频率和相位，根据功率需求计算逆变器每相期望输出电流有效值，并设定期望输出电流为与对应电网电压同频同相的正弦信号，所述控制器在每个控制周期将A、B、C三相的期望输出电流与检测到的实际电流相减，形成偏差，所述控制器中的PI控制器根据偏差计算控制量，归一化处理后得到A、B、C三相控制量，经所述控制器中的比较器找到最小的控制量，并将相应的桥臂设为参考桥臂，断开参考桥臂的上桥臂IGBT，开通参考桥臂的下桥臂IGBT，其它桥臂的控制占空比转换为与该桥臂的控制量差值，N桥臂的控制占空比为参考桥臂控制量的相反数，实现解耦控制。
在本发明的一个实施例中，设定A、B、C三相中任意两相的期望输出电流为零，实现单相并网逆变的方法是：将期望输出电流为零的相对应的归一化控制量设为零，禁止对应桥臂的上桥臂IGBT及下桥臂IGBT开通。针对期望输出电流不为零的相，计算期望输出电流与实际电流的偏差，所述PI控制器根据偏差计算控制量，归一化处理后得到该相控制量。所述比较器将该相控制量与零相比，如小于零，则设该相对应的桥臂为参考桥臂，将该控制量取相反数即为N桥臂的控制占空比；如大于零，则将N桥臂设为参考桥臂，该控制量即为对应桥臂的控制占空比。当一桥臂设为参考桥臂时，关断其上桥臂IGBT，开通其下桥臂IGBT。
在本发明的另一实施例中，设定A、B、C三相中任意一相的期望输出电流为零，实现两相并网逆变的方法是：将期望输出电流为零的相对应的归一化控制量设为零，禁止对应桥臂的上桥臂IGBT及下桥臂IGBT开通。针对期望输出电流不为零的相，计算期望输出电流与实际电流的偏差，所述PI控制器根据偏差计算控制量，归一化处理后得到控制量。所述比较器在计算出的两个控制量及零之间找出最小值，将最小控制量对应的桥臂设为参考桥臂，如最小值为零，则设N桥臂为参考桥臂。其它桥臂的控制占空比转换为与该桥臂控制量与参考桥臂控制量的差。当一桥臂设为参考桥臂时，关断其上桥臂IGBT，开通其下桥臂IGBT。
与现有技术相比，本发明实现简单，计算量小，对硬件要求低，并且可以在一台逆变器中实现三相、两相和单相并网逆变。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的三相电网电压示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步描述本发明，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
如图1所示，本发明所述的并网逆变器包括功率变换电路、滤波电路、控制器，所述的并网逆变器控制用于连接负载和电网的负载继电器及并网继电器。
所述功率变换电路包括并联连接的A桥臂、B桥臂、C桥臂及N桥臂，每个桥臂均上桥臂IGBT及下桥臂IGBT串联组成。所述功率变换电路输出接所述滤波电路，经所述负载继电器、并网继电器接入电网。
所述控制器实时采集逆变器三相输出电流瞬时值、电网三相电压值及频率和相位，根据功率需求计算逆变器每相期望电流有效值，并设定瞬时值为与对应电网电压同频同相的正弦信号。期望的逆变器每相输出有效值为：
其中，分别为逆变器A、B、C三相输出电流期望的有效值，P*为期望的输出功率，Ua，Ub，Uc分别为电网A、B、C三相电压的有效值。逆变器A、B、C三相期望输出电流的瞬时值分别为：
其中，分别为电网A、B、C三相电压的相位，ω为电网电压角频率。
所述控制器在每个控制周期将A、B、C三相期望的瞬时电流 分别与检测到的实际电流ia(t)，ib(t)，ic(t)相减，形成偏差，PI控制器根据偏差计算控制量，归一化处理后得到A、B、C三相控制量va，vb，vc。所述的归一化指将PI控制器的输出除以其最大值，变换为-1与1之间的值。
所述控制器中的比较器对三相控制量va，vb，vc进行比较，找出最小值，并将相应的桥臂设为参考桥臂，断开参考桥臂的上桥臂IGBT，开通参考桥臂的下桥臂IGBT，其它桥臂的控制占空比转换为与该桥臂的控制量差值，N桥臂的控制占空比为参考桥臂控制量的相反数。在如图2所示的实施例中，在t1—t2时段内，vc＞vb＞va，最小值为va，则将A桥臂设为参考桥臂,断开其上桥臂IGBT，开通下桥臂IGBT。B、C、N各相占空比为：
db＝vb-va (7)
dc＝vc-va (8)
dn＝-va (9)
所述控制器中，A、B、C、N各桥臂的占空比指的是每桥臂中上桥臂IGBT开通时间与开关周期的比值，下桥臂IGBT与上桥臂IGBT互补开通，即上桥臂IGBT开通时，下桥臂IGBT关断；上桥臂IGBT关断时，下桥臂IGBT开通。
所述控制器中，设定A、B、C三相中任意两相的期望输出电流为零，可实现单相并网逆变。具体方法是：将期望输出电流为零的相对应的归一化控制量设为零，禁止对应桥臂的上桥臂IGBT及下桥臂IGBT开通。针对期望电流不为零的相，计算期望实时电流与实际电流的偏差，所述控制器中的PI控制器根据偏差计算控制量，归一化处理后得到该相控制量。比较器将该相控制量与零相比，如小于零，则设该相对应的桥臂为参考桥臂，将该控制量取相反数即为N桥臂的控制占空比；如大于零，则将N桥臂设为参考桥臂，该控制量即为对应桥臂的控制占空比。一桥臂设为参考桥臂时，关断其上桥臂IGBT，开通其下桥臂IGBT。一个实施例为：
设置逆变器A、B相的期望输出电流为零：A桥臂及B桥臂的所有IGBT均关断，并设置对应的控制量为零：va＝0；vb＝0。将C相的控制量vc与零比较，在图2所示的t3时刻，vc＜0，则设C桥臂为参考桥臂，关断其上桥臂IGBT，开通下桥臂IGBT。N桥臂控制占空比为：
dn＝-vc (10)
所述控制器中，设定A、B、C三相中任意一相的期望输出电流为零，可实现两相并网逆变。具体方法是，将期望输出电流为零的相对应的归一化控制量设为零，禁止对应桥臂的上桥臂及下桥臂IGBT开通。针对期望电流不为零的相，计算期望实时电流与实际电流的偏差，PI控制器根据偏差计算控制量，归一化处理后得到控制量。比较器在计算出的两个控制量及零之间找出最小值，将最小控制量对应的桥臂设为参考桥臂，如最小值为零，则设N桥臂为参考桥臂。其它桥臂的控制占空比转换为与该桥臂控制量与参考桥臂控制量的差。一桥臂设为参考桥臂时，关断其上桥臂IGBT，开通其下桥臂IGBT。一个实施例为：
设置逆变器C相期望输出电流为零：关断其上下桥臂IBGT，设置其对应的控制量为零：vc＝0。在A、B桥臂的控制量与零中找出最小值，在图2所示的t3时刻，vb＞va＞0，设N桥臂为参考桥臂，关断其上桥臂IGBT，开通其下桥臂IGBT。A、B桥臂的控制占空比为：
da＝va (11)
db＝vb (12)
本发明三相四桥臂并网逆变器控制方法，实现简单，计算量小，对硬件要求低，实时性高。三相电流可独立控制，并且可以在一台逆变器中实现三相、两相和单相并网逆变。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (3)

1.一种三相四桥臂并网逆变器的控制方法，所述并网逆变器包括功率变换电路、滤波电路以及控制器，所述功率变换电路包括并联连接的A桥臂、B桥臂、C桥臂及N桥臂，每个桥臂由上桥臂IGBT及下桥臂IGBT串联组成，其特征在于，所述逆变器的控制方法是：
所述控制器实时采集逆变器三相输出电流、电网三相电压及频率和相位，根据功率需求计算逆变器每相期望输出电流有效值，并设定期望输出电流为与对应电网电压同频同相的正弦信号；所述控制器在每个控制周期将A、B、C三相的期望输出电流与检测到的实际电流相减，形成偏差，所述控制器中的PI控制器根据偏差计算控制量，归一化处理后得到A、B、C三相控制量，经所述控制器中的比较器找到最小的控制量，并将相应的桥臂设为参考桥臂，断开参考桥臂的上桥臂IGBT，开通参考桥臂的下桥臂IGBT，其它桥臂的控制占空比转换为与该桥臂的控制量差值，N桥臂的控制占空比为参考桥臂控制量的相反数，实现解耦控制。
2.如权利要求1所述的三相四桥臂并网逆变器的控制方法，其特征在于，设定A、B、C三相中任意两相的期望输出电流为零，实现单相并网逆变，具体方法是：
将期望输出电流为零的相对应的归一化控制量设为零，禁止对应桥臂的上桥臂IGBT及下桥臂IGBT开通，针对期望输出电流不为零的相，计算期望输出电流与实际电流的偏差，所述PI控制器根据偏差计算控制量，归一化处理后得到该相控制量，所述比较器将该相控制量与零相比，如小于零，则设该相对应的桥臂为参考桥臂，将该控制量取相反数即为N桥臂的控制占空比；如大于零，则将N桥臂设为参考桥臂，该控制量即为对应桥臂的控制占空比；当一桥臂设为参考桥臂时，关断其上桥臂IGBT，开通其下桥臂IGBT。
3.如权利要求1所述的三相四桥臂并网逆变器的控制方法，其特征在于，设定A、B、C三相中任意一相的期望输出电流为零，实现两相并网逆变，具体方法是：
将期望输出电流为零的相对应的归一化控制量设为零，禁止对应桥臂的上桥臂IGBT及下桥臂IGBT开通，针对期望输出电流不为零的相，计算期望输出电流与实际电流的偏差，所述PI控制器根据偏差计算控制量，归一化处理后得到控制量，所述比较器在计算出的两个控制量及零之间找出最小值，将最小控制量对应的桥臂设为参考桥臂，如最小值为零，则设N桥臂为参考桥臂，其它桥臂的控制占空比转换为与该桥臂控制量与参考桥臂控制量的差，当一桥臂设为参考桥臂时，关断其上桥臂IGBT，开通其下桥臂IGBT。
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