CN104868769A - 基于电网电压过零点和同步调制的pwm载波自同步控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电网电压过零点和同步调制的PWM载波自同步控制方法，PWM载波频率一直跟随电网电压频率fg(k)的变化而变化，始终保持载波频率与电网电压频率fg(k)之比为定值，即载波比为恒定值，从而实现同步调制。同时确保PWM载波周期的起始时刻在电网电压过零点处，即可实现PWM载波自同步控制，进而减少多台并联逆变器运行时的零序环流。本发明基于电网电压过零点和同步调制的PWM载波自同步控制方法，通过电网电压过零点和同步调制实现多台并联逆变器各自PWM载波之间的自同步控制，减少零序环流，进而减小并网电流的畸变，减少电路损耗，提高系统效率。

Description

基于电网电压过零点和同步调制的PWM载波自同步控制方法

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，具体涉及一种基于电网电压过零点和同步调制的PWM载波自同步控制方法。

背景技术

随着光伏发电等新能源发电系统的容量在不断增加，为了提供大容量高质量的交流电，逆变器通常采用单个大功率逆变器或多个小功率逆变器并联来实现。其中，采用单个大容量逆变器有如下一些缺点：①逆变器的功率等级受到功率开关器件功率等级的限制。②从制造商的角度看，对于不同等级的不同产品，单个逆变器会造成时间和成本的浪费，这也使得产业化及其管理更为复杂。③扩展性较差。④可靠性较差。

基于上述原因，多个中小功率逆变器的并联运行是当今很重要的发展趋势。当多台共直流母线并网逆变器在交流侧直接并联时，并网逆变器之间会形成零序电流的环流通路，若并联逆变器之间的硬件参数和控制参数不一致、开关器件动作不能完全同步，零序电压作用于并联逆变器之间的输入电抗器，就会产生零序环流。另外，电网电压在运行的过程中由于受到负载的影响而导致电网电压的频率发生波动，进而会导致并联逆变器的载波不同步，也会产生很大的环流。环流会使并网电流畸变严重，损耗增加，系统效率降低。环流可以分为零序环流和非零序环流，对于采用LC滤波器且具有电流内环的并联逆变器而言，非零序环流很小，可以忽略，零序环流是环流的主要成分，因此，通过载波自同步技术减小多台共直流母线并网逆变器的零序环流十分必要。同等条件下多台并联逆变器的PWM载波完全反相时产生的环流最大，多台并联逆变器的PWM载波完全同相时产生的环流最小。因此，本发明着眼于如何实现多台并联逆变器的载波完全同相(即载波同步)而提出的一种PWM载波自同步控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电网电压过零点和同步调制的PWM载波自同步控制方法，解决了现有技术中多台并联逆变器运行时存在零序环流的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于电网电压过零点和同步调制的PWM载波自同步控制方法，系统并联的每台逆变器均按照以下步骤实施：

步骤1、采集三相电网相电压检测值u_a、u_b、u_c；

步骤2、将步骤1采集到的三相电网相电压检测值u_a、u_b、u_c通过基于同步旋转坐标系的锁相环计算出当前工频周期的电网电压频率fg(k)；同时步骤1中采集到的a相电网电压检测值u_a通过过零比较器与零进行比较产生方波信号Pulse；

步骤3、实时读取步骤2计算出的当前工频周期的电网电压频率fg(k)，通过得到的当前工频周期的电网电压频率fg(k)进行电网频率波动判断，从而输出电网频率波动标志flag；

步骤4、步骤3输出电网频率波动标志flag输入D触发器的信号输入D端，同时步骤2中产生的方波信号Pulse输入D触发器的时钟信号clk端，得到D触发器的输出Q端的信号；

步骤5、将步骤4中得到的D触发器的输出Q端的信号输入到微控制器的外部输入信号捕获端，由微控制器的上升沿捕获中断服务程序实现PWM载波周期的计算和内部PWM载波周期寄存器装载工作，即完成PWM载波自同步控制。

本发明的特点还在于，

步骤3中通过得到的当前工频周期的电网电压频率fg(k)进行电网频率波动判断，从而输出电网频率波动标志flag，具体为：

当前工频周期的电网电压频率fg(k)和前一个工频周期的电网电压频率fg(k-1)进行比较：

①若fg(k)＝fg(k-1)，输出电网频率波动标志flag＝0；

②若fg(k)≠fg(k-1)，输出电网频率波动标志flag＝1；

然后把当前工频周期的电网电压频率fg(k)赋值给前一个工频周期的电网电压频率fg(k-1)，即fg(k-1)＝fg(k)。

步骤5中D触发器的输出Q端的信号输入到微控制器的外部输入信号捕获端，由微控制器的上升沿捕获中断服务程序实现PWM载波周期的计算和内部PWM载波周期寄存器装载工作，具体为：

微控制器的外部输入信号捕获端检测到上升沿信号后，就会立即去执行捕获中断服务程序，进入中断服务程序后，

步骤5.1、清除上升沿捕获中断标志；

步骤5.2、读取当前工频周期的电网电压频率fg(k)；

步骤5.3、读取载波比N值；

步骤5.4、根据步骤5.2读取的当前工频周期的电网电压频率fg(k)和步骤5.3读取的载波比N值，通过下式计算当前PWM载波周期Ts(k)：

Ts(k)＝1/(N*fg(k)*Tm)，

其中Tm为微控制器的机器周期；

步骤5.5、将步骤5.4得到的当前PWM载波周期Ts(k)装载到PWM载波周期寄存器中，更新PWM载波周期；

步骤5.6、清除电网频率波动标志flag＝0。

本发明的有益效果是：本发明通过电网电压过零点和同步调制实现多台并联逆变器各自PWM载波之间的自同步控制，减少零序环流，进而减小并网电流的畸变，减少电路损耗，提高系统效率。

附图说明

图1是本发明PWM载波自同步控制方法控制部分的框图；

图2是本发明PWM载波自同步控制方法中电网频率波动判断的程序流程图；

图3是本发明PWM载波自同步控制方法中上升沿捕获中断服务程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明基于电网电压过零点和同步调制的PWM载波自同步控制方法，系统并联的每台逆变器都要按照图1(图1中虚线框内部表示微控制器的内部，由微控制器的软件程序实现；虚线框尾部由相应的硬件电路实现)所示进行各自的处理，系统并联的每台逆变器均按照以下步骤实施：

步骤1、采集三相电网相电压检测值u_a、u_b、u_c；

步骤2、将步骤1中采集到的三相电网相电压检测值u_a、u_b、u_c通过各自的基于同步旋转坐标系的锁相环计算出当前工频周期的电网电压频率fg(k)；同时步骤1中采集到的a相电网电压检测值u_a通过过零比较器与零进行比较，产生方波信号Pulse；

步骤3、如图2所示，读取当前工频周期的电网电压频率fg(k)，然后将当前工频周期的电网电压频率fg(k)和前一个工频周期的电网电压频率fg(k-1)进行比较：

①若fg(k)＝fg(k-1)，则表明电网电压频率没有变化，保持前一个工频周期的频率，输出电网频率波动标志flag＝0，即D触发器的信号输入D端的输入为0；

②若fg(k)≠fg(k-1)，则表明电网电压频率发生了变化，偏离了前一个工频周期的频率，输出电网频率波动标志flag＝1，即D触发器的信号输入D端输入为1。

步骤4、步骤2中产生的方波信号Pulse输入D触发器的时钟输入clk端，当D触发器的信号输入D端信号为0时，D触发器的时钟输入clk端的信号上升沿到来时，D触发器的输出Q端输出信号为0，表明电网频率没有发生变化，于是在该电网工频周期内包括N个PWM载波周期，PWM载波周期寄存器值仍然自动装载原来的值，每个PWM载波周期都在电网电压正向过零点时从0开始计时；当D触发器的信号输入D端的信号由0变为1时，D触发器的时钟输入clk端的信号上升沿到来时，D触发器的输出Q端的信号也由0变为1，此时电网电压频率发生了变化，微控制器的外部输入信号捕获端检测到上升沿信号后，就会立即去执行捕获中断服务程序，进入中断服务程序后，如图3所示：

步骤5.1、清除上升沿捕获中断标志；

步骤5.2、读取当前工频周期的电网电压频率fg(k)；

步骤5.3、读取载波比(即载波频率与电网频率之比)N值；

步骤5.4、根据步骤5.2读取的当前工频周期的电网电压频率fg(k)和步骤5.3读取的载波比N值，通过下式计算当前PWM载波周期Ts(k)：

Ts(k)＝1/(N*fg(k)*Tm)，

其中Tm为微控制器的机器周期；

步骤5.5、将步骤5.4得到的当前PWM载波周期Ts(k)装载到PWM载波周期寄存器中，以便保证载波比N恒定不变，即一个电网工频周期内仍然包括N个PWM载波周期，同时在电网电压正向过零点时起动新的PWM载波周期从0开始计时；

步骤5.6、清除电网频率波动标志flag＝0。

当电网频率不再发生变化时，则电网频率波动判断的输出电网频率波动标志flag再次变为0，即D触发器的信号输入D端的信号由1变为0，在D触发器的时钟输入clk端的信号上升沿到来时，D触发器的输出Q端的信号由1变为0，此时表明电网频率没有发生变化，PWM载波周期寄存器值自动装载新的载波周期值Ts(k)，直到电网频率发生变化。

由于系统并联的每台逆变器都是按照上述方法根据电网频率波动的情况来决定PWM载波周期值，以便保证一个电网工频周期内的载波比N恒定不变，即每个电网工频周期内包括N个PWM载波周期，且都在电网电压正向过零点时起动PWM载波周期从0开始计时，因此，通过上述方法可以实现每台逆变器的PWM载波周期同步装载和同步启动，从而实现PWM载波自同步控制。

本发明基于电网电压过零点和同步调制的PWM载波自同步控制方法，减少和降低零序环流的作用，进而减小并网电流的畸变，减少损耗，提高系统效率。

Claims (3)

1.基于电网电压过零点和同步调制的PWM载波自同步控制方法，其特征在于，系统并联的每台逆变器均按照以下步骤实施：

步骤1、采集三相电网相电压检测值u_a、u_b、u_c；

步骤2、将步骤1采集到的三相电网相电压检测值u_a、u_b、u_c通过基于同步旋转坐标系的锁相环计算出当前工频周期的电网电压频率fg(k)；同时步骤1中采集到的a相电网电压检测值u_a通过过零比较器与零进行比较产生方波信号Pulse；

步骤3、实时读取步骤2计算出的当前工频周期的电网电压频率fg(k)，通过得到的当前工频周期的电网电压频率fg(k)进行电网频率波动判断，从而输出电网频率波动标志flag；

步骤4、步骤3输出电网频率波动标志flag输入D触发器的信号输入D端，同时步骤2中产生的方波信号Pulse输入D触发器的时钟信号clk端，得到D触发器的输出Q端的信号；

步骤5、将步骤4中得到的D触发器的输出Q端的信号输入到微控制器的外部输入信号捕获端，由微控制器的上升沿捕获中断服务程序实现PWM载波周期的计算和内部PWM载波周期寄存器装载工作，即完成PWM载波自同步控制。

2.根据权利要求1所述的基于电网电压过零点和同步调制的PWM载波自同步控制方法，其特征在于，所述步骤3中通过得到的当前工频周期的电网电压频率fg(k)进行电网频率波动判断，从而输出电网频率波动标志flag，具体为：

当前工频周期的电网电压频率fg(k)和前一个工频周期的电网电压频率fg(k-1)进行比较：

①若fg(k)＝fg(k-1)，输出电网频率波动标志flag＝0；

②若fg(k)≠fg(k-1)，输出电网频率波动标志flag＝1；

然后把当前工频周期的电网电压频率fg(k)赋值给前一个工频周期的电网电压频率fg(k-1)，即fg(k-1)＝fg(k)。

3.根据权利要求1所述的基于电网电压过零点和同步调制的PWM载波自同步控制方法，其特征在于，所述步骤5中D触发器的输出Q端的信号输入到微控制器的外部输入信号捕获端，由微控制器的上升沿捕获中断服务程序实现PWM载波周期的计算和内部PWM载波周期寄存器装载工作，具体为：

微控制器的外部输入信号捕获端检测到上升沿信号后，就会立即去执行捕获中断服务程序，进入中断服务程序后，

步骤5.1、清除上升沿捕获中断标志；

步骤5.2、读取当前工频周期的电网电压频率fg(k)；

步骤5.3、读取载波比N值；

步骤5.4、根据步骤5.2读取的当前工频周期的电网电压频率fg(k)和步骤5.3读取的载波比N值，通过下式计算当前PWM载波周期Ts(k)：

Ts(k)＝1/(N*fg(k)*Tm)，

其中Tm为微控制器的机器周期；

步骤5.5、将步骤5.4得到的当前PWM载波周期Ts(k)装载到PWM载波周期寄存器中，更新PWM载波周期；

步骤5.6、清除电网频率波动标志flag＝0。