CN104836429A - 三相并网型逆变器启动冲击电流抑制控制策略 - Google Patents
三相并网型逆变器启动冲击电流抑制控制策略 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于电力电子设备控制领域，尤其涉及一种在三相并网型逆变器中实现抑制启动冲击电流的控制策略。三相并网型逆变器在启动过程中需先输出电压来抵消电网电压以防止启动冲击电流，本发明提出在三相并网型逆变器中将输出电流作为电流环的前馈信号，以便产生调制信号，最终使三相并网型逆变器输出电压来抵消电网电压，抑制启动冲击电流。本方法无需检测三相电网电压，降低三相并网型逆变器成本，且控制方法简单。从仿真结果中可以看到，本发明能够很好地抑制启动冲击电流。
Description
技术领域
本发明属于电力电子设备控制领域，尤其涉及一种在三相并网型逆变器中实现抑制启动冲击电流的控制策略。
背景技术
三相电力电子并网型逆变器广泛应用于发电和用电领域，例如并联型有源电力滤波器、静止无功发生器、光伏发电和风力发电等。在三相并网型逆变器的控制策略中，直接电流控制和间接电流控制是电流控制中常用的2种方法。在直接电流控制方法中，包含了2个控制环：一个是电流环，另一个是电压环。每个控制环都含有PI(比例积分)调节器。在控制系统中，由于系统稳定性的要求电流环的PI调节器参数值不能调节到无穷大。
在并网型逆变器中，由于主电路存在电网电压，所以在并网型逆变器启动时必须能提供与电网电压相同的电压以避免电流环的启动冲击电流的出现，启动冲击电流往往会超过逆变器额定电流，使系统保护而停止工作。已有3种方法可以抑制启动冲击电流：已有技术[1]，见IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS 第53 卷第5 期出版的“Overview of Control and Grid Synchronization for Distributed Power Generation Systems”，该技术测量电网电压信号并将其作为前馈信号加入电流环内，产生输出电压，抑制启动冲击电流；已有技术[2]，见IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS 第27 卷第11期出版的“Control of power converters in AC microgrids”，该技术应用其中某一相的电网电压产生锁相信号，由锁相信号产生三个虚拟的电网电压信号作为前馈信号加入电流环内，产生输出电压，抑制启动冲击电流；已有技术[3]，见《中国电机工程学报》 第30卷第34期出版的《并联型电能质量控制器电流控制误差的研究》，该技术采用启动过程直流侧电压放电的方法，抑制启动冲击电流。已有技术[1]和[2]中，需要增加设备成本来检测电网电压，已有技术[3]需要经过电压环调节，而且需要切换电压环控制，控制较复杂。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种三相并网型逆变器的控制策略，用于解决启动冲击电流问题，实现较小的逆变器启动电流。
为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是一种通过三相并网型逆变器输出电流作为电流环前馈信号来抑制启动冲击电流的方法，其特征是所述在电流环中增加输出电流的前馈环节，欲输出电流作为指令电流与实际输出反馈电流进行相减，将差值送入调节器，通过PI调节器构成电流环，启动过程指令电流为0；实际输出反馈电流乘以比例系数K作为前馈信号加入电流环；电流环PI调节器输出信号与前馈信号共同作用产生调制信号，生成PWM信号；启动结束后将指令电流修改为欲输出的电流。
其中，所述调制信号经过三角波双极性调制的直接电流控制后产生PWM信号，输出电压基波与调制信号关系为比例关系，比例系数用K PWM表示，且K PWM=V dc/(2V T)，V dc表示三相并网型逆变器直流侧电压值，V T表示双极性调制的三角波峰值；
所述三个环路PI调节器（也可只用P调节器）参数相同，K p=ω c L/K PWM，ω c为电流环截止频率，远远大于输出电流的频率，L为电感值；
所述参数K=―(V max/ K PWM)/ I max，V max为电网相电压最大值，I max表示允许输出的相电流最大值。
所述三相并网型逆变器直流侧电压在相电压有效值为220V的电网下初始电压为514V。
所述实际输出电流乘以K产生调制信号后，经过三相并网型逆变器输出后的电流误差可经过PI调节器和电流环进行抑制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明应用控制系统已经检测过的电流变量抑制三相并网型逆变器启动冲击电流，变量使用方便；无需检测电源电压，减少设备成本；实际输出电流作为电流环前馈信号，具有快速响应特点，减少了电流抑制的动态响应时间。
附图说明
图1为本发明的三相并网型逆变器系统示意图；
图2为本发明的控制结构示意图；
图3为本发明的a相逻辑比较生成PWM控制框图；
图4为本发明的a相控制框图；
图5为本发明的控制方法下a相启动冲击电流抑制仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明的三相并网型逆变器系统示意图，VSI表示电压型逆变器，三相电网电压（v a，v b，v c）给三相负载供电，产生负载电流（i La，i Lb，i Lc）,三相并网型逆变器输出电流（i ca，i cb，i cc），负载电流与三相并网型逆变器输出电流分别相加后为电源电流（i sa，i sb，i sc），三相并网型逆变器由三相电压型桥式逆变电路构成，输出端电感起到滤除开关次谐波的目的，直流侧电压V dc控制在一个恒定的值，6个IGBT采用PWM控制产生驱动脉冲，控制器由检测电路、控制电路和驱动电路构成，三相并网型逆变器控制为电流源。
图2为本发明的控制结构示意图，通过检测电路检测三相输出电流，欲输出的三相指令电流（ ，，）与检测到的三相输出电流分别相减，差值分别送入比例积分（PI）调节器（也可只用P调节器），产生调制信号1（u a1，u b1，u c1）；将检测电路检测到的三相输出电流乘以系数K产生调制信号2（u a2，u b2，u c2）；总的调制信号（u a3，u b3，u c3）由调制信号1和调制信号2分别相加得到。
图3为本发明的a相逻辑比较生成PWM控制框图，在三相对称系统中以a相电压和电流为代表设计控制方法，然后推广到b相和c相中。在a相、b相和c相中，总的调制信号（u a3，u b3，u c3）经过双极性三角波调制分别生成三个PWM信号，分别施加给三相电压型桥式逆变电路的a相、b相和c相的上桥臂，三相下桥臂PWM信号与上桥臂互补，且由驱动电路产生死区。三相并网型逆变器输出电压与电源电压作用在电感上产生输出电流，三角波峰值为V T，直流侧电压为V dc，可得在双极性三角波调制直接电流控制下控制框图，图4为本发明的a相控制框图，将PWM生成环节等效为一个比例环节，图4控制框图即为直接电流控制下的电流环，其中R表示电感内阻。
在三相对称系统中以a相电压和电流为代表设计电流环，根据图4得出电流环闭环传递函数如式（1）所示，其中v a2表示本发明专利提出的电流环的前馈信号。
（1）
频率特性如式（2）所示。
（2）
电感内阻很小可以忽略不计，根据式（2）可得电流环的截止频率ω c如式（3）所示，其中ω c单位为rad/s，要远远大于输出电流的频率，L为电感值。
（3）
根据式（3）可得调节器参数K P设计方法如式（4）所示。
（4）
所述电流环前馈参数K可由式（5）确定。其中V max表示电网相电压最大值，I max表示允许输出的相电流最大值，可以用I max乘以一个系数后代替式（5）中的I max，使得输出电流小于最大允许输出电流。
（5）
本发明中给出了一种三相并网型逆变器启动冲击电流的抑制控制方法，并利用仿真软件对该控制方法进行了仿真验证，如图5所示，图5为本发明的控制方法下a相启动冲击电流抑制仿真波形图。从仿真的结果中可以看到，该方法能够很好地抑制三相并网逆变器启动冲击电流。
Claims (4)
1.三相并网型逆变器启动冲击电流抑制控制策略,其特征在于通过三相并网型逆变器输出电流来抑制启动冲击电流，在电流环中增加输出电流的前馈环节，欲输出电流作为指令电流与实际输出反馈电流进行相减，将差值送入调节器，通过PI调节器构成电流环，启动过程指令电流为0；实际输出反馈电流乘以比例系数K作为前馈信号加入电流环；电流环PI调节器输出信号与前馈信号共同作用产生调制信号，生成PWM信号；启动结束后将指令电流修改为欲输出的电流。
2.根据权利要求1所述的三相并网型逆变器启动冲击电流抑制控制策略，其特征在于前馈比例系数K由电网相电压最大值乘以2倍的用于调制的三角波峰值再除以三相并网型逆变器直流侧电压值后，与允许输出的相电流最大值相除再取负得到。
3.根据权利要求1所述的三相并网型逆变器启动冲击电流抑制控制策略，其特征在于可以增大前馈比例系数K，使得输出电流小于最大允许输出电流。
4.根据权利要求1所述的三相并网型逆变器启动冲击电流抑制控制策略，其特征在于实际输出电流乘以K产生调制信号后，经过三相并网型逆变器输出后产生的电流误差可经过PI调节器和电流环进行抑制。
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| CN111049189A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-21 | 西安交通大学 | 含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法 |
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