CN107733215A - 一种三电平多模块逆变器均流控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三电平多模块逆变器均流控制方法及装置，通过实时采集逆变器各模块运行状态下的三相并网电流，将所述三相并网电流求和得到零序环流分量，将所述零序环流分量与0比较经过无差控制得到第一电压指令值，根据所述第一电压指令值得到开关驱动信号进行均流控制。本发明避免了零序电流分量对逆变器造成的影响，实现了对逆变器不均流的抑制，本发明的方法简单、易行、实用性强。
Description
技术领域
本发明属于逆变器并网控制技术领域，特别涉及一种三电平多模块逆变器均流控制方法及装置。
背景技术
三电平拓扑结构的逆变器具备开关频率高，输出谐波含量小，系统效率高等优点，在新能源发电领域得到广泛的应用。将多个三相三电平逆变器进行直接并联，不仅使系统具备三电平拓扑的固有特点，还会在不改变开关器件应力的情况下能够提高系统容量；实现冗余控制，从而提高系统的可靠性和容错能力；通过合理的分配并联系统功率，实现效率优化控制；以模块化取代系列化，缩短了研发周期，降低了系统成本，提高了系统的可维护性。
然而，由于共享正、负母线和交流母线，并联模块之间会产生环流，环流可以分为零序环流和非零序环流，对于采用LCL滤波器且具有电流内环的并联模块，非零序环流很小，可以忽略，零序环流是环流的主要成分。零序环流会增加系统的损耗，降低系统效率，造成并联模块电流应力的不均衡以及严重的电磁干扰，影响功率开关管的寿命。因此研究三相三电平模块化光伏并网系统零序环流的抑制方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三电平多模块逆变器均流控制方法及装置，用于解决现有技术中三电平多模块逆变器存在零序环流的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种三电平多模块逆变器均流控制方法，该方法包括如下步骤：
实时采集逆变器各模块运行状态下的三相并网电流，将所述三相并网电流求和得到零序环流分量，将所述零序环流分量与0比较经过无差控制得到第一电压指令值，根据所述第一电压指令值得到各模块逆变器的调制波信号分别进行均流控制，其中，所述无差控制包括PI调节。
进一步地，所述无差控制还包括限幅，将所述零序环流分量与0比较经过PI调节以及限幅处理后得到第一电压指令值。
进一步地，在得到所述调制波信号时，还叠加有第二电压指令值，将第一电压指令值与第二电压指令值叠加经过限幅得到第三电压指令值，根据所述第三电压指令值得到开关驱动信号进行均流控制，所述第二电压指令值获取步骤为：将采集的上母线电压和下母线电压经过中点电位平衡控制和限幅处理得到所述第二电压指令值。
进一步地，在得到所述调制波信号时，还叠加有零序电压分量，将三相电流经过正负序分离以及IPARK和ICLARKE变换得到的第一电压值、所述零序电压分量及第一电压指令值相加得到第二电压值，将第二电压值与第三电压指令值相加得到最终的电压指令值，根据所述最终的电压指令值得到开关驱动信号进行均流控制。
进一步地，所述零序环流分量的获取步骤为：通过采集至少两个工频周期内的三相并网电流，求取所采集的三相并网电流的平均值并求和得到的。
进一步地，所述第一电压指令值的限幅值范围为[-0.05，+0.05]。
进一步地，所述第二电压指令值的限幅值范围为[-0.1，+0.1]。
本发明还提供了一种三电平多模块逆变器均流控制装置，包括控制器，所述控制器用于执行以下方法的指令：
实时采集逆变器各模块运行状态下的三相并网电流，将所述三相并网电流求和得到零序环流分量，将所述零序环流分量与0比较经过无差控制得到第一电压指令值，根据所述第一电压指令值得到各模块逆变器的调制波信号分别进行均流控制，其中，所述无差控制包括PI调节。
进一步地，所述无差控制还包括限幅，将所述零序环流分量与0比较经过PI调节以及限幅处理后得到第一电压指令值。
进一步地，在得到所述调制波信号时，还叠加有第二电压指令值，将第一电压指令值与第二电压指令值叠加经过限幅得到第三电压指令值，根据所述第三电压指令值得到开关驱动信号进行均流控制，所述第二电压指令值获取步骤为：将采集的上母线电压和下母线电压经过中点电位平衡控制和限幅处理得到所述第二电压指令值。
本发明的有益效果是：
本发明通过实时采集各模块逆变器运行状态下的三相并网电流，将所述三相并网电流求和得到零序环流分量，将所述零序环流分量与0比较经过PI调节得到第一电压指令值，根据所述电压指令值得到开关驱动信号进行均流控制。本发明避免了零序电流分量对逆变器造成的影响，实现了对各模块逆变器的不均流的抑制，且本发明的方法简单、易行、实用性强。
附图说明
图1为本发明的三电平多模块逆变器均流控制框图；
图2为本发明的三电平多模块逆变器零序环流分量抑制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
一种三电平多模块逆变器均流控制装置，以图1为例，包括四个光伏逆变器模块、中央控制器、模块控制器1、模块控制器2、模块控制器3及模块控制器4，各模块控制器用于实时采集逆变器各模块运行状态下的三相并网电流，将所述三相并网电流求和得到零序环流分量，将零序环流分量与0比较经过PI调节得到第一电压指令值，根据电压指令值得到开关驱动信号进行均流控制。
本发明在上述三电平多模块光伏逆变器并网控制的基础上进行零序环流抑制，三电平多模块光伏逆变器均流控制方法的流程如图2所示，包括以下步骤：
1.实时采集各个模块三相电流IABC，求取至少两个工频周期三相电流的平均值并求和处理，来获取输出电流的零序环流分量Io，本实施以四个工频周期为例，如图1所示。无需增加任何用于零序环流分量检测的硬件设备即可满足抑制零序环流分量控制系统的需要。
2.将三相交流之和Io分量与0比较进行0无差控制，经PI控制输出后进行限幅处理。
3.依据实测零序环流分量抑制效果对零序环流分量抑制控制器输出进行限幅，以避免因零序环流分量抑制对逆变器正常控制造成影响。
4.将零序环流分量抑制控制器输出直接引入到SVPWM调制波上，并将加载后的调制波与载波进行比较来获取调整过的开关驱动信号。
5.依据调整后的开关驱动信号控制逆变器，实时控制零序环流输出值，使逆变器零序环流分量减少，从而实现对三电平多模块逆变器零序环流量的抑制。
根据上述步骤1-步骤5，本发明的具体实施方式为：
本实施例中的光伏逆变器为基于三电平多模块的光伏逆变器，AD采样芯片实时采集三相电压、三相电流，控制各子模块对应的光伏阵列处于最大功率跟踪控制(MPPT)下，将逆变器直流电压的实测反馈值Upv1与直流电压的给定参考值Udc_ref的偏差进行PI调节得到有功电流的参考值Id+_ref，对三相电流进行正负序分离，正负序分离所用角度为电网电压锁相PLL1输出角度，如图1所示的θ和-θ，正负序分离得到的正序分量和负序分量分别作为电流的反馈值，其中，正序d轴分量与有功电流的参考值Id+_ref相加，正序q轴分量与无功电流的参考值Iq+_ref相加，相加后的值分别经过PI调节输出后进行IPARK变换，即从静止坐标系转到旋转坐标系下；负序d轴分量取反与0相加，经过PI调节输出后进行IPARK变换，即从静止坐标系转到旋转坐标系下，两次IPARK变换的输出相加然后进行ICLARKE变换，得到三相第一电压值。
在传统逆变器控制结构上无需增加其他传感器如图2所示，实时采集各个模块三相电流，求取至少两个工频周期三相电流的平均值并求和处理，来获取输出电流的零序环流分量Io，本实施以四个工频周期为例，采集四个周期内的各个模块的三相电流，对采集的三相电流值求解平均值并作求和处理得到零序环流分量Io。无需增加任何用于零序环流分量检测的硬件设备即可满足抑制零序环流分量控制系统的需要。
将零序环流分量与0比较经过PI调节和限幅处理后得到第一电压指令值，该限幅范围为[-0.05，+0.05]，根据第一电压指令值得到各模块逆变器的调制波信号，将得到的各模块逆变器的调制波信号与载波进行比较得到调整后的开关驱动信号分别对各模块逆变器进行均流控制。
进一步地，在得到各模块逆变器的调制波信号时，还叠加有第二电压指令值，将第一电压指令值与第二电压指令值叠加经过限幅得到第三电压指令值Uz1，根据第三电压指令值得到开关驱动信号进行均流控制，第二电压指令值获取步骤为：将采集的上母线电压Up和下母线电压UN经过中点电位平衡控制和限幅处理得到第二电压指令值，第二电压指令值的限幅值范围为[-0.1，+0.1]
进一步地，在得到各模块逆变器的调制波信号时，为提高直流电压利用率，对三相调制波进行居中处理，还叠加有零序电压分量Voffset1，其中，Voffset1＝(-Vmin-Vmax)*0.5，而且Vmax和Vmin分别为三电平空间矢量各扇区相电压的最大和最小值。将三相电流经过正负序分离以及IPARK和ICLARKE变换得到的第一电压值，零序电压分量Voffset1及第一电压指令值相加得到第二电压值，将第二电压值与第三电压指令值相加得到最终的电压指令值UA1*、UB1*、UC1*，最终的电压指令值UA1*、UB1*、UC1*形成最终的SVPWM调制波，将最终的SVPWM调制波与载波进行比较，以得到开关驱动信号对各模块逆变器分别进行均流控制，从而实现对逆变器的驱动控制。
本发明首先实时采集逆变器运行状态下多个开关周期内的三相电流平均值，将三相电流IABC作求和作为零序环流的反馈，利用PI控制器对零序环流进行无差控制，然后将零序环流抑制控制器的输出引入到SVPWM的调制波上从而实现对零序环流的抑制。考虑到三相电流因零序电流对逆变器输出存在不均流的影响，本发明对零序电流分量进行控制，通过加载到三相调制波上最终实现多模块逆变器不均流的影响。通过多个工频周期电流的平均值来获取零序电流分量，该零序电流分量获取方法简单易操作。利用PI控制器对零序环流分量进行0无差控制，并对控制器输出进行限幅，从而避免因零序电流分量抑制对逆变器正常控制造成影响。将零序电流分量抑制控制器的输出直接引入到SVPWM调制波上通过调整开关驱动信号实现对不均流的抑制，该方法简单、易行、实用性强。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种三电平多模块逆变器均流控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
实时采集逆变器各模块运行状态下的三相并网电流，将所述三相并网电流求和得到零序环流分量，将所述零序环流分量与0比较经过无差控制得到第一电压指令值，根据所述第一电压指令值得到各模块逆变器的调制波信号分别进行均流控制，其中，所述无差控制包括PI调节。
2.根据权利要求1所述的三电平多模块逆变器均流控制方法，其特征在于，所述无差控制还包括限幅，将所述零序环流分量与0比较经过PI调节以及限幅处理后得到第一电压指令值。
3.根据权利要求2所述的三电平多模块逆变器均流控制方法，其特征在于，在得到所述调制波信号时，还叠加有第二电压指令值，将第一电压指令值与第二电压指令值叠加经过限幅得到第三电压指令值，根据所述第三电压指令值得到开关驱动信号进行均流控制，所述第二电压指令值获取步骤为：将采集的上母线电压和下母线电压经过中点电位平衡控制和限幅处理得到所述第二电压指令值。
4.根据权利要求2所述的三电平多模块逆变器均流控制方法，其特征在于，在得到所述调制波信号时，还叠加有零序电压分量，将三相电流经过正负序分离以及IPARK和ICLARKE变换得到的第一电压值、所述零序电压分量及第一电压指令值相加得到第二电压值，将第二电压值与第三电压指令值相加得到最终的电压指令值，根据所述最终的电压指令值得到开关驱动信号进行均流控制。
5.根据权利要求1所述的三电平多模块逆变器均流控制方法，其特征在于，所述零序环流分量的获取步骤为：通过采集至少两个工频周期内的三相并网电流，求取所采集的三相并网电流的平均值并求和得到的。
6.根据权利要求1所述的三电平多模块逆变器均流控制方法，其特征在于，所述第一电压指令值的限幅值范围为[-0.05，+0.05]。
7.根据权利要求3所述的三电平多模块逆变器均流控制方法，其特征在于，所述第二电压指令值的限幅值范围为[-0.1，+0.1]。
8.一种三电平多模块逆变器均流控制装置，其特征在于，包括控制器，所述控制器用于执行以下方法的指令：
实时采集逆变器各模块运行状态下的三相并网电流，将所述三相并网电流求和得到零序环流分量，将所述零序环流分量与0比较经过无差控制得到第一电压指令值，根据所述第一电压指令值得到各模块逆变器的调制波信号分别进行均流控制，其中，所述无差控制包括PI调节。
9.根据权利要求8所述的三电平多模块逆变器均流控制装置，其特征在于，所述无差控制还包括限幅，将所述零序环流分量与0比较经过PI调节以及限幅处理后得到第一电压指令值。
10.根据权利要求9所述的三电平多模块逆变器均流控制装置，其特征在于，在得到所述调制波信号时，还叠加有第二电压指令值，将第一电压指令值与第二电压指令值叠加经过限幅得到第三电压指令值，根据所述第三电压指令值得到开关驱动信号进行均流控制，所述第二电压指令值获取步骤为：将采集的上母线电压和下母线电压经过中点电位平衡控制和限幅处理得到所述第二电压指令值。
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| CN107733215B (zh) | 2020-09-08 |
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