CN107834879A - 单相离网逆变器的矢量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力电子技术领域，公开单相离网逆变器的矢量控制方法，包括：步骤1，采用单相锁相环技术对参考电压Uref进行锁相，得到相位θ，对参考电压Uref延迟1/4周期得到虚拟信号Urefv，对参考电压Uref和虚拟信号Urefv进行旋转坐标变换分别得到旋转坐标系下的旋转参考电压Udref和虚拟旋转参考电压Uqref；步骤2，实时采集单相输出电压Us，通过延迟输出电压Us1/4周期得到虚拟电压Um，对单相输出电压Us和虚拟电压Um进行旋转坐标变换得到旋转坐标系下的旋转电压Ud和虚拟旋转电压Uq。该单相离网逆变器的矢量控制方法时计算虚拟分量，动态响应速度快。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体地，涉及单相离网逆变器的矢量控制方法。
背景技术
随着世界经济的快速发展，能源需求激增，能源危机和环境污染问题日益严重，大力发展可再生能源已经迫在眉睫。其中光伏发电在新能源中也是重要一部分。因此光伏发电系统的单相离网逆变器及其控制逐渐成为近年来研究的热点。
现有的离网逆变器采用的控制方法一般为电压单环瞬时值反馈控制，但该方法电压跟随快速性较差，精度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种单相离网逆变器的矢量控制方法，该单相离网逆变器的矢量控制方法时计算虚拟分量，动态响应速度快。
为了实现上述目的，本发明提供一种单相离网逆变器的矢量控制方法，该矢量控制方法包括：
步骤1，采用单相锁相环技术对参考电压Uref进行锁相，得到相位θ，对参考电压Uref延迟1/4周期得到虚拟信号Urefv，对参考电压Uref和虚拟信号Urefv进行旋转坐标变换分别得到旋转坐标系下的旋转参考电压Udref和虚拟旋转参考电压Uqref；
步骤2，实时采集单相输出电压Us，通过延迟输出电压Us1/4周期得到虚拟电压Um，对单相输出电压Us和虚拟电压Um进行旋转坐标变换得到旋转坐标系下的旋转电压Ud和虚拟旋转电压Uq；
步骤3，将旋转电压Ud和虚拟旋转电压Uq分别与旋转参考电压Udref和虚拟旋转参考电压Uqref比较后，经过比例积分调节器，得到d轴电压控制值Udr和q轴电压控制值Uqr，并对d轴电压控制值Udr和q轴电压控制值Uq进行静止坐标变换得到实轴控制量Vs和虚轴控制量Vm；实轴控制量Vs经由PWM发生器后提供给主电路。
优选地，在步骤1中，生成期望的输出电压Uref：Uref＝310sin(100π)。
优选地，采用单相锁相环技术对参考电压Uref进行锁相，得到相位θ的方法包括：
利用锁相环PLL，跟踪参考电压Uref的相位θ，实时获取相位信息。
优选地，在步骤3中，静止坐标变换满足下式数学关系：
优选地，在步骤3中，将旋转电压Ud和虚拟旋转电压Uq分别与旋转参考电压Udref和虚拟旋转参考电压Uqref比较后，经过比例积分调节器，得到d轴电压控制值Udr和q轴电压控制值Uq的方法包括：
将旋转参考电压Udref减去旋转电压Ud获得一个差值，经过第一PI控制器，得到d轴电压控制值Udr；
将虚拟旋转参考电压Uqref减去虚拟旋转电压Uq获得另一个差值，经过第二PI控制器，得到q轴电压控制值Uqr。
优选地，所述第一PI控制器和第二PI控制器的输入静差e(t)和输出u(t)的数学关系如下式：
其中，Kp表示PI控制器的比例参数，Ti表示积分参数。
优选地，在步骤2中，旋转坐标变换满足下式数学关系：
本发明，将交流信号通过坐标变换，转化为直流分量，直接跟踪参考电压的幅值和相位，突破传统的直接跟踪交变的信号精度不高等缺点，提高了控制精度，有助于工程应用。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是说明本发明的一种基于虚拟坐标变换的单相离网逆变器拓扑结构框图；
图2是说明本发明的一种单相离网逆变器的控制流程图；以及
图3是说明本发明的一种单相离网逆变器的矢量控制方法的输出电压波形示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种单相离网逆变器的矢量控制方法，该矢量控制方法包括：
步骤1，采用单相锁相环技术对参考电压Uref进行锁相，得到相位θ，对参考电压Uref延迟1/4周期得到虚拟信号Urefv，对参考电压Uref和虚拟信号Urefv进行旋转坐标变换分别得到旋转坐标系下的旋转参考电压Udref和虚拟旋转参考电压Uqref；
步骤2，实时采集单相输出电压Us，通过延迟输出电压Us1/4周期得到虚拟电压Um，对单相输出电压Us和虚拟电压Um进行旋转坐标变换得到旋转坐标系下的旋转电压Ud和虚拟旋转电压Uq；
步骤3，将旋转电压Ud和虚拟旋转电压Uq分别与旋转参考电压Udref和虚拟旋转参考电压Uqref比较后，经过比例积分调节器，得到d轴电压控制值Udr和q轴电压控制值Uqr，并对d轴电压控制值Udr和q轴电压控制值Uq进行静止坐标变换得到实轴控制量Vs和虚轴控制量Vm；实轴控制量Vs经由PWM发生器后提供给主电路。
本发明提出一种单相离网逆变器的矢量控制方法，该方法实时计算虚拟分量，动态响应速度快。本发明，将交流信号通过坐标变换，转化为直流分量，直接跟踪参考电压的幅值和相位，突破传统的直接跟踪交变的信号精度不高等缺点，提高了控制精度，有助于工程应用。
在本发明的一种具体实施方式中，在步骤1中，生成期望的输出电压Uref：Uref＝310sin(100π)。
在本发明的一种具体实施方式中，采用单相锁相环技术对参考电压Uref进行锁相，得到相位θ的方法包括：
利用锁相环PLL，跟踪参考电压Uref的相位θ，实时获取相位信息。
在本发明的一种具体实施方式中，在步骤3中，静止坐标变换满足下式数学关系：
在本发明的一种具体实施方式中，在步骤3中，将旋转电压Ud和虚拟旋转电压Uq分别与旋转参考电压Udref和虚拟旋转参考电压Uqref比较后，经过比例积分调节器，得到d轴电压控制值Udr和q轴电压控制值Uq的方法包括：
将旋转参考电压Udref减去旋转电压Ud获得一个差值，经过第一PI控制器，得到d轴电压控制值Udr；
将虚拟旋转参考电压Uqref减去虚拟旋转电压Uq获得另一个差值，经过第二PI控制器，得到q轴电压控制值Uqr。
在本发明的一种具体实施方式中，所述第一PI控制器和第二PI控制器的输入静差e(t)和输出u(t)的数学关系如下式：
其中，Kp表示PI控制器的比例参数，Ti表示积分参数。
在本发明的一种具体实施方式中，在步骤2中，旋转坐标变换满足下式数学关系：
根据前文所述的计算步骤，采用商业仿真软件PSCAD，使用附图1中的测试模型对本发明提出的基于矢量控制方法的有效性进行测试。下表1为测试模型的主要参数。
表1测试模型主要参数
| 直流侧电压Udc | 400V |
| 滤波电感L | 4mH |
| 滤波电容C | 30uF |
| PI控制器内部参数 | P＝0.01，I＝0.01，[-1，1] |
| 功率开关管(Q1-Q4) | IGBT |
从图3的仿真波形可以看出，本文提出的基于矢量控制的方法能够输出幅值为310V，频率为50Hz的交流电。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种单相离网逆变器的矢量控制方法，其特征在于，该矢量控制方法包括：
步骤1，采用单相锁相环技术对参考电压Uref进行锁相，得到相位θ，对参考电压Uref延迟1/4周期得到虚拟信号Urefv，对参考电压Uref和虚拟信号Urefv进行旋转坐标变换分别得到旋转坐标系下的旋转参考电压Udref和虚拟旋转参考电压Uqref；
步骤2，实时采集单相输出电压Us，通过延迟输出电压Us1/4周期得到虚拟电压Um，对单相输出电压Us和虚拟电压Um进行旋转坐标变换得到旋转坐标系下的旋转电压Ud和虚拟旋转电压Uq；
步骤3，将旋转电压Ud和虚拟旋转电压Uq分别与旋转参考电压Udref和虚拟旋转参考电压Uqref比较后，经过比例积分调节器，得到d轴电压控制值Udr和q轴电压控制值Uqr，并对d轴电压控制值Udr和q轴电压控制值Uq进行静止坐标变换得到实轴控制量Vs和虚轴控制量Vm；实轴控制量Vs经由PWM发生器后提供给主电路。
2.根据权利要求1所述的单相离网逆变器的矢量控制方法，其特征在于，在步骤1中，生成期望的输出电压Uref：Uref＝310sin(100π)。
3.根据权利要求1所述的单相离网逆变器的矢量控制方法，其特征在于，采用单相锁相环技术对参考电压Uref进行锁相，得到相位θ的方法包括：
利用锁相环PLL，跟踪参考电压Uref的相位θ，实时获取相位信息。
4.根据权利要求1所述的单相离网逆变器的矢量控制方法，其特征在于，在步骤3中，静止坐标变换满足下式数学关系：
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5.根据权利要求1所述的单相离网逆变器的矢量控制方法，其特征在于，在步骤3中，将旋转电压Ud和虚拟旋转电压Uq分别与旋转参考电压Udref和虚拟旋转参考电压Uqref比较后，经过比例积分调节器，得到d轴电压控制值Udr和q轴电压控制值Uq的方法包括：
将旋转参考电压Udref减去旋转电压Ud获得一个差值，经过第一PI控制器，得到d轴电压控制值Udr；
将虚拟旋转参考电压Uqref减去虚拟旋转电压Uq获得另一个差值，经过第二PI控制器，得到q轴电压控制值Uqr。
6.根据权利要求5所述的单相离网逆变器的矢量控制方法，其特征在于，所述第一PI控制器和第二PI控制器的输入静差e(t)和输出u(t)的数学关系如下式：
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其中，Kp表示PI控制器的比例参数，Ti表示积分参数。
7.根据权利要求1所述的单相离网逆变器的矢量控制方法，其特征在于，在步骤2中，旋转坐标变换满足下式数学关系：
<mrow>
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110601574A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-12-20 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种单相并网变流器虚拟轴电压和电流快速计算方法 |
| CN113541186A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-10-22 | 太原理工大学 | 一种单相lc型并网逆变器双闭环控制方法与系统 |
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| JP2007295647A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Meidensha Corp | インバータの同期運転方式 |
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