CN109742795A - 基于sogi的虚拟坐标系下单相并网控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于SOGI的虚拟坐标系下单相并网控制方法，通过SOGI产生与并网电流正交的虚拟电流分量，构造虚拟坐标系，通过Park变换将轴电流分量转化到dq轴当中。由于dq轴的电流给定量为直流量，因此使用PI调节器即可实现并网电流的无静差调节，进而实现单位功率因数并网。

Description

基于SOGI的虚拟坐标系下单相并网控制方法

技术领域

本发明属于单相并网控制领域，具体涉及基于SOGI的虚拟坐标系下单相并网控制方法。

背景技术

在单相并网控制中，为了保证并网电流能够达到相关要求，一般采用并网电流闭环控制。常见的电流调节器为比例积分(PI)调节器和比例谐振(PR)调节器。

PI调节器的实现方式较为简单，但由于并网电流是周期性变化的交流量，因此PI调节器无法实现并网电流的无静差调节。

PR调节器可以通过在基波角频率处获得无穷大增益来实现并网电流的无静差调节，但其控制精度受系统参数的影响较大，无法确保并网电流实现无静差调节。

发明内容

要解决的技术问题

为了实现单相并网控制系统中并网电流的无静差调节以及系统的单位功率因数并网，本发明提供基于SOGI的虚拟坐标系下单相并网控制方法。

技术方案

一种基于SOGI的虚拟坐标系下单相并网控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：设并网电流幅值给定为I，通过锁相环捕获电网电压的相位θ，将θ作为并网电流的相位给定，通过SOGI产生一对正交电流分量i_α1和i_β1，其中i_α1与并网电流i₂的幅值、相位均相同；i_β1与并网电流i₂的幅值相同，相位滞后i₂90°；i₂(s)到i_α1(s)的传递函数D₁(s)如式(1)所示，i₂(s)到i_β1(s)的传递函数Q₁(s)如式(2)所示：

其中，k为常数，ω取电网电压角频率；

将i₂作为α轴电流分量i_α，i_β1作为虚拟β轴电流分量i_β，构造αβ虚拟坐标系；

步骤2：将步骤1中得到的αβ轴电流通过Park变换转化到dq轴上，得到d轴电流和q轴电流，构造dq虚拟坐标系，所述的Park变换如下：

其中，i_d和i_q分别为d轴电流和q轴电流；

步骤3：得到dq轴电流的给定值，其中d轴电流给定值设置为0，q轴电流给定值设置为并网电流给定幅值的相反数，即-I，因此与均为直流量；

步骤4：将步骤3中设定的分别与步骤2中得到的i_d和i_q作差之后通过PI调节器进行调节，调节之后的输出信号分别为v_d和v_q：

其中，K_p、K_i分别为PI调节器的比例系数和积分系数；

步骤5：将v_d和v_q经过Park逆变换，得到Park逆变换的输出α轴分量v_α和输出β轴分量v_β，所述的Park逆变换如下：

将v_α作为调制波，采用单极倍频SPWM调制策略实现单相全桥逆变器并网控制。

有益效果

本发明提出的一种基于SOGI的虚拟坐标系下单相并网控制方法，通过SOGI产生与并网电流正交的虚拟电流分量，构造αβ虚拟坐标系，通过Park变换将αβ轴电流分量转化到dq轴当中。由于dq轴的电流给定量为直流量，因此使用PI调节器即可实现并网电流的无静差调节，进而实现单位功率因数并网。

附图说明

图1为本发明方法的单相并网系统电路图。

图2为本发明的虚拟坐标系下单相并网控制方法流程图。

图3为本发明并网电流(放大35倍)、并网电流幅值给定(放大35倍)及电网电压在稳态时的波形图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

单相并网系统电路图如图1所示，L₁、L₂和C共同构成单相LCL滤波器；R_d为LCL滤波器电容C支路上串联的阻尼电阻，用来抑制LCL滤波器的谐振峰；V_in为输入电压；v_g为电网电压；i₂为并网电流；i_α与i₂相同，i_β由i₂通过SOGI产生，Q₁(s)为i₂(s)到i_β(s)的传递函数；i_d和i_q分别为i_α、i_β经过Park变换后得到的dq坐标系下的d轴电流分量和q轴电流分量；与分别为d轴和q轴的电流给定量；v_d和v_q分别为d轴和q轴的电流误差信号经过PI调节器后得到的输出信号；v_α、v_β为v_d和v_q经过Park逆变换后的输出α轴分量和输出β轴分量；θ为锁相环捕获的电网电压的相位。

如图2所示，本发明的虚拟坐标系下单相并网控制方法，实现过程如下：

步骤1：设并网电流幅值给定为I(通常由MPPT产生)，通过锁相环捕获电网电压的相位θ，将θ作为并网电流的相位给定。通过SOGI产生一对正交电流分量i_α1和i_β1，其中i_α1与并网电流i₂的幅值、相位均相同；i_β1与并网电流i₂的幅值相同，相位滞后i₂90°。i₂(s)到i_α1(s)的传递函数D₁(s)如式(7)所示，i₂(s)到i_β1(s)的传递函数Q₁(s)如式(8)所示。

其中，k为常数，ω取电网电压角频率。

忽略SOGI产生的电流分量i_α1，保留电流分量i_β1，将i₂作为α轴电流分量i_α，i_β1作为虚拟β轴电流分量i_β，构造αβ虚拟坐标系。

步骤2：将步骤1中得到的αβ轴电流i_α和i_β通过Park变换转化到dq轴上，得到d轴电流和q轴电流，构造dq虚拟坐标系，Park变换如式(9)所示。

其中，i_d和i_q分别为d轴电流和q轴电流。

步骤3：得到dq轴电流的给定值。理论上i_α和i_β在稳态时的表达式为

经过Park变换后，dq轴的电流理论值为

将d轴电流给定值设置为0，q轴电流给定值设置为-I，因此与均为直流量。

步骤4：将步骤3中设定的分别与步骤2中得到的i_d和i_q作差之后通过PI调节器进行调节，调节之后的输出信号分别为v_d和v_q。

其中，K_p、K_i分别为PI调节器的比例系数和积分系数。

步骤5：将v_d和v_q经过Park逆变换，得到Park逆变换的输出α轴分量v_α和输出β轴分量v_β。Park逆变换如式(14)所示。

忽略输出β轴分量v_β，将输出α轴分量v_α作为调制波，采用单极倍频SPWM调制策略实现单相全桥逆变器并网控制。

由图3可以看出，经过本发明方法的并网电流的相位在稳态时可以和电网电压的相位保持相同，并网电流的幅值在稳态时也与给定相同。这样，本发明方法实现了并网电流的无静差调节以及系统在稳态时的单位功率因数并网。

Claims (1)

1.一种基于SOGI的虚拟坐标系下单相并网控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：设并网电流幅值给定为I，通过锁相环捕获电网电压的相位θ，将θ作为并网电流的相位给定，通过SOGI产生一对正交电流分量i_α1和i_β1，其中i_α1与并网电流i₂的幅值、相位均相同；i_β1与并网电流i₂的幅值相同，相位滞后i₂90°；i₂(s)到i_α1(s)的传递函数D₁(s)如式(1)所示，i₂(s)到i_β1(s)的传递函数Q₁(s)如式(2)所示：

其中，k为常数，ω取电网电压角频率；

将i₂作为α轴电流分量i_α，i_β1作为虚拟β轴电流分量i_β，构造αβ虚拟坐标系；

步骤2：将步骤1中得到的αβ轴电流通过Park变换转化到dq轴上，得到d轴电流和q轴电流，构造dq虚拟坐标系，所述的Park变换如下：

其中，i_d和i_q分别为d轴电流和q轴电流；

步骤3：得到dq轴电流的给定值，其中d轴电流给定值设置为0，q轴电流给定值设置为并网电流给定幅值的相反数，即-I，因此与均为直流量；

步骤4：将步骤3中设定的分别与步骤2中得到的i_d和i_q作差之后通过PI调节器进行调节，调节之后的输出信号分别为v_d和v_q：

其中，K_p、K_i分别为PI调节器的比例系数和积分系数；

步骤5：将v_d和v_q经过Park逆变换，得到Park逆变换的输出α轴分量v_α和输出β轴分量v_β，所述的Park逆变换如下：

将v_α作为调制波，采用单极倍频SPWM调制策略实现单相全桥逆变器并网控制。