CN108964501B - 一种电压源逆变器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电压源逆变器控制方法，在dq0同步旋转坐标系中，通过基于二阶广义积分器(SOGI)的90°移相系统来构造一个与零轴正交的坐标系，并对该虚拟坐标系进行Park变换为旋转面垂直于dq轴平面的同步旋转坐标系，这样原零轴上交流量就变换为直流量，通过PI控制器可实现无静差跟踪控制。本发明控制方案可精确快速地跟踪dq0坐标系零轴上的零序分量，同时该方案对于小范围的频率偏差具有明显的自适应能力，零序电流控制效果极好。

Description

一种电压源逆变器控制方法
技术领域
本发明属于电力电子控制技术领域，具体涉及一种电压源逆变器控制方法。
背景技术
电压源逆变器在可再生能源并网、电能质量治理、变频调速等领域得到了广泛的研究和应用。在这些领域中，逆变器的控制方法直接关系到系统的稳定、高效、可靠和优化运行。电压源逆变器的控制目标是使得逆变器的输出电流无静差地跟踪给定电流，且能够快速响应各类负载的变化。
在实际应用中，由于不平衡负载、非线性负载、开关死区等因素，会在电压源逆变器的输出电流中引入低次谐波，影响系统稳定运行。为了实现电压源逆变器的无静差控制，目前最常用的控制技术是矢量控制技术，采用电流闭环控制，在dq同步旋转坐标系下将交流矢量变为直流量，根据功率指令计算出的有功、无功电流，利用PI调节器可以无静差跟踪直流分量的特性，对有功、无功电流误差进行调节。
上述常用的电压源逆变器控制方法可以无静差地跟踪正序和负序电流，但无法跟踪零序电流。随着三相不平衡调节装置(SPC)越来越多的应用在电能质量治理领域，三相四桥臂变流器中性线零序电流的控制变得尤为重要，尤其是在三相不平衡条件下零序电流过大会导致装置损耗增大，严重影响系统稳定运行。
根据以上分析可知，目前常用的电压源逆变器控制方法利用坐标变换，将有功、无功电流解耦，在正序、负序双同步旋转坐标系下可以实现无静差地跟踪正序和负序电流，但无法跟踪零序电流，更无法对零序电流进行抑制，严重影响了控制效果。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，提出一种电压源逆变器控制方法，将dq0同步旋转坐标系的零轴再构造旋转坐标系，将零轴交流量变换为直流量进行控制，实现了对零序分量的精确无静差跟踪。
具体而言，本发明提供了一种电压源逆变器控制方法，采用如下技术方案：
步骤(1)采集三相电网输出电流ia、ib、ic，根据以下算式得到dq0同步旋转坐标系中零轴电流i0：
步骤(2)二阶广义积分器(SOGI)可实现信号正交，主要通过构建内模原理的自适应滤波器来实现，SOGI的传递函数为：
由上述公式可知，输入矢量经过SOGI单元后的两个输出矢量相位相差90°，通过二阶广义积分器(SOGI)构造一个与dq0同步旋转坐标系中零轴正交的静止0-0’坐标系，而在0’轴上得到一个与零轴电流矢量i0正交的虚拟电流矢量i0’，输出矢量i0’由输入矢量i0移相90°得到：
i0’与i0合成0-0’坐标系下新零轴电流矢量I0；
步骤(3)将该静止0-0’坐标系通过Park变换再构造为旋转面垂直于dq轴平面的0d-0q同步旋转坐标系，在0d-0q旋转坐标系下将零轴电流矢量I0分解为i0d和i0q；同理得到电流参考值i0d*和i0q*，
其中，根据以下算式对零轴电流矢量I0进行Park变换：
步骤(4)对电流参考值i0d*与实际电流矢量i0d的误差Δi0d及电流参考值i0q*和实际电流矢量i0q的误差Δi0q进行PI控制，对PI控制器输出的i0d_out和i0q_out进行Park反变换得到i0_out和i0’_out，其中i0_out即为实现稳态无静差跟踪后得到的零轴电流。
所述的步骤(4)中根据以下算式对电流误差信号Δi0d和Δi0q进行PI调节：
i0d_out＝PI(s)Δiod
i0q_out＝PI(s)Δi0q
其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，S为拉普拉斯算子。
所述的步骤(4)中根据以下算式对PI控制器输出i0d_out和i0q_out进行Park反变换：
本发明通过对dq0同步旋转坐标系中的零轴进行虚拟构造、旋转坐标系变换，实现了对零序电流连同正序、负序电流一起的无静差跟踪控制，控制效果好，填补了国内暂无有效控制零轴电流方法的空白。
附图说明
图1为本发明对零轴构造旋转坐标系示意图；
图2为本发明零轴电流控制系统图；
图3为本发明控制方法在正常电网频率(50HZ)下电压源逆变器运行的三相零轴电流跟踪仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。
本实施方式以一台容量为40kvar，额定输出电流为60A的三相四桥臂电压源逆变器为例，直流侧电压为700V。
如图1、图2所示，本发明实施例包括以下步骤：
利用电流霍尔传感器采集三相电网电流ia、ib、ic，根据公式得到dq0同步旋转坐标系下零轴电流i0；计算公式如下：
通过二阶广义积分器(SOGI)模块1构造一个与零轴正交的0-0’坐标系，在0’轴构造一个与零轴电流i0正交的虚拟电流矢量i0’，与i0合成新零轴电流矢量I0；构造计算公式如下：
SOGI的传递函数为：
由上述公式可知，输入矢量经过SOGI单元后的两个输出矢量相位相差90°，输出矢量i0’由输入矢量i0移相90°得到：
将0-0’坐标系通过Park变换模块2再构造为旋转面垂直于dq轴平面的0d-0q同步旋转坐标系，在新0d-0q旋转坐标系下将零轴电流矢量I0分解为i0d和i0q；同理得到电流参考值i0d*和i0q*；Park变换式如下：
电流参考值i0d*和i0q*减去实际电流矢量i0d和i0q得到误差信号Δi0d和Δi0q经过PI控制器模块3，对PI控制器输出i0d_out和i0q_out进行Park反变换模块4得到i0_out和i’0_out；Park反变换表达式如下：
Δiod＝iod *-iod
Δioq＝ioq *-ioq
i0d_out＝PI(s)Δiod
i0q_out＝PI(s)Δi0q
本实施例中，Kp＝0.5，Ki＝50。
i0_out即为实现稳态无静差跟踪后得到的零轴电流，即需要补偿的对象信号，通过SVPWM技术对电压源逆变器进行控制输出补偿电流，可实现良好的补偿效果。
综上，如图3所示，abc三相零序电流输出很好地跟踪了电流给定，表明本发明所提出的对零轴矢量构造旋转坐标系的电压源逆变器控制方案可精确地跟踪dq0坐标系零轴的零序分量，同时该方案对于小范围的频率偏差具有明显的自适应能力，零序电流控制效果极好。
本技术领域中的技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的,而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (3)

1.一种电压源逆变器控制方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤(1)采集三相电网输出电流ia、ib、ic，根据以下算式得到dq0同步旋转坐标系中零轴电流i0：
步骤(2)二阶广义积分器SOGI可实现信号正交，主要通过构建内模原理的自适应滤波器来实现，SOGI的传递函数为：
由上述公式可知，输入矢量经过SOGI单元后的两个输出矢量相位相差90°，通过二阶广义积分器SOGI构造一个与dq0同步旋转坐标系中零轴正交的静止0-0’坐标系，而在0’轴上得到一个与零轴电流矢量i0正交的虚拟电流矢量i0’，输出矢量i0’由输入矢量i0移相90°得到：
i0’与i0合成0-0’坐标系下新零轴电流矢量I0；
步骤(3)将该静止0-0’坐标系通过Park变换再构造为旋转面垂直于dq轴平面的0d-0q同步旋转坐标系，在0d-0q旋转坐标系下将零轴电流矢量I0分解为i0d和i0q；同理得到电流参考值i0d*和i0q*，
其中，根据以下算式对零轴电流矢量I0进行Park变换：
步骤(4)对电流参考值i0d*与实际电流矢量i0d的误差Δi0d及电流参考值i0q*和实际电流矢量i0q的误差Δi0q进行PI控制，对PI控制器输出的i0d_out和i0q_out进行Park反变换得到i0_out和i0’_out，其中i0_out即为实现稳态无静差跟踪后得到的零轴电流。
2.根据权利要求1所述的电压源逆变器控制方法，其特征在于：所述的步骤(4)中根据以下算式对电流误差信号Δi0d和Δi0q进行PI调节：
i0d_out＝PI(s)Δiod
i0q_out＝PI(s)Δi0q
其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，S为拉普拉斯算子。
3.根据权利要求1所述的电压源逆变器控制方法，其特征在于：所述的步骤(4)中根据以下算式对PI控制器输出i0d_out和i0q_out进行Park反变换：
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