CN113078676B - 电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法，包括：a).电流和电压采集；b).建立逆变器数学模型；c).获取比例积分调节模型；d).获取电流环解耦控制模型；e).电流传感器方向和电流环解耦方向进行互锁。本发明的电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法，实现了电流传感器方向与电流环解耦方向的互锁，本发明能够有效避免因电流传感器方向与电流环解耦方向不对应导致的系统失稳问题，控制相对简单，对系统的安全稳定运行、后期程序的优化升级起到了关键作用。

Description

电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法
技术领域
本发明涉及一种互锁机制的控制方法，更具体的说，尤其涉及一种对逆变器输出端的电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法。
背景技术
现有的在电流环采用坐标变换进行电流环解耦的逆变器并网控制算法中，都是根据预先设定好的电流传感器方向进行确定控制中电流环解耦的方向。此种方法最大的优点就是控制方式简单，但是在电流传感器方向发生变化或者电流传感器方向错误安放时，逆变器控制算法中电流环解耦方向未能随之发生改变，进而导致系统失稳甚至发生危险。如果能将电流传感器方向和电流环解耦方向进行互锁，当电流传感器方向发生变化时，电流环解耦方向也随之发生改变，则不会影响系统的正常运行。如果还能根据需求对电流传感器方向进行辨识，为后续控制算法的升级和优化提供依据，则可大大提升控制算法的调试效率。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法。
本发明的电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).电流和电压采集：利用设置电压传感器和电流传感器，采集逆变器输出端的电压信号和电流信号，设所采集的A、B、C三相的电流信号和电压信号分别为ia、ib、ic、ea、eb、ec；
b).建立逆变器数学模型：根据电流传感器和电压传感器的方向推导电流环解耦方向，得到如公式(1)所示的逆变器数学模型：
Figure BDA0003006578460000021
其中，ud、uq为解耦运算后d轴和q轴的电压，L为逆变器输出端的电抗值，R为逆变器输出端的等效电阻值，ω＝2πf，f为逆变器输出交流信号的频率；id、iq为电流传感器输出信号ia、ib、ic经三相二相坐标系变换后得到的d轴和q轴的数值，ed、eq为电压传感器输出信号ea、eb、ec经三相二相坐标系变换后得到的d轴和q轴的数值；
c).获取比例积分调节模型：设比例积分调节的比例系数为Kp、积分系数为KI，获取如公式(2)所示的比例积分控制模型：
Figure BDA0003006578460000022
其中，
Figure BDA0003006578460000023
为给定值；
Figure BDA0003006578460000024
为比例积分调节后d轴和q轴的电压值；
d).获取电流环解耦控制模型：根据
Figure BDA0003006578460000025
联合公式(1)和公式(2)获取如公式(3)所示的电流环解耦控制模型：
Figure BDA0003006578460000026
e).电流传感器方向和电流环解耦方向进行互锁：在逆变器并网上电瞬间，采集A相1/4周期的电流进行逻辑判断：若电流为正，则输出-1；若电流不为正，则输出1；然后将逻辑值与公式(3)获取的电流环解耦方向进行乘操作，进而实现电流传感器方向和电流环解耦方向的互锁。
本发明的电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法，步骤e)中将获取的逻辑值与电流环解耦方向进行乘操作后，再将获取的ud、uq进行三相二相坐标系逆变换，获取三相电压信号ua、ub、uc。
本发明的电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法，将获取的三相电压信号ua、ub、uc输入至脉冲宽度调制模块SPWM的输入端，产生对逆变器中IGBT通断状态控制的信号。
本发明的有益效果是：本发明的电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法，首先对电压和电流互感器获取的信号进行三相二相坐标系变换，然后建立逆变器数学模型和比例积分调节模型，并结合逆变器数学模型和比例积分调节模型获得电流环解耦控制模型，并根据所采集的A相1/4周期的电流进行逻辑值判断，并将逻辑值与电流环解耦方向进行乘操作，实现了电流传感器方向与电流环解耦方向的互锁，本发明能够有效避免因电流传感器方向与电流环解耦方向不对应导致的系统失稳问题，控制相对简单，对系统的安全稳定运行、后期程序的优化升级起到了关键作用。
附图说明
图1为基于三相二相坐标系变换的逆变器并网控制框图；
图2为电流传感器方向与电流环解耦方向的控制框图；
图3为加入互锁机制后电流传感器方向与电流环解耦方向的控制框图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了基于三相二相坐标系变换的逆变器并网控制框图，由于并网逆变器的输出端与电网相连，大多数时间需要保证单位功率因数控制，即输出与电压同频、同相的正弦波电流，有时还需要提供一定的无功电流，这就要求逆变器的无功功率和有功功率的输出均可控。三相二相坐标系变换可以实现有功分量和无功分量的解耦控制，使无功功率和有功功率可以分开独立控制，满足了逆变器并网要求，当不需要输出无功功率时，q轴电流给定值为零即可。
如图2所示，给出了电流传感器方向与电流环解耦方向的控制框图，给出了图2中虚线框中所示的电流环解耦方向是根据图1中虚线框中传感器方向进行推导得到的。如图3所示，给出了加入互锁机制后电流传感器方向与电流环解耦方向的控制框图。
本发明的电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法，通过以下步骤来实现：
a).电流和电压采集：利用设置电压传感器和电流传感器，采集逆变器输出端的电压信号和电流信号，设所采集的A、B、C三相的电流信号和电压信号分别为ia、ib、ic、ea、eb、ec；
b).建立逆变器数学模型：根据电流传感器和电压传感器的方向推导电流环解耦方向，得到如公式(1)所示的逆变器数学模型：
Figure BDA0003006578460000041
其中，ud、uq为解耦运算后d轴和q轴的电压，L为逆变器输出端的电抗值，R为逆变器输出端的等效电阻值，ω＝2πf，f为逆变器输出交流信号的频率；id、iq为电流传感器输出信号ia、ib、ic经三相二相坐标系变换后得到的d轴和q轴的数值，ed、eq为电压传感器输出信号ea、eb、ec经三相二相坐标系变换后得到的d轴和q轴的数值；
c).获取比例积分调节模型：设比例积分调节的比例系数为Kp、积分系数为KI，获取如公式(2)所示的比例积分控制模型：
Figure BDA0003006578460000042
其中，
Figure BDA0003006578460000043
为给定值；
Figure BDA0003006578460000044
为比例积分调节后d轴和q轴的电压值；
d).获取电流环解耦控制模型：根据
Figure BDA0003006578460000045
联合公式(1)和公式(2)获取如公式(3)所示的电流环解耦控制模型：
Figure BDA0003006578460000051
e).电流传感器方向和电流环解耦方向进行互锁：在逆变器并网上电瞬间，采集A相1/4周期的电流进行逻辑判断：若电流为正，则输出-1；若电流不为正，则输出1；然后将逻辑值与公式(3)获取的电流环解耦方向进行乘操作，进而实现电流传感器方向和电流环解耦方向的互锁。
步骤e)中将获取的逻辑值与电流环解耦方向进行乘操作后，再将获取的ud、uq进行三相二相坐标系逆变换，获取三相电压信号ua、ub、uc。然后，将获取的三相电压信号ua、ub、uc输入至脉冲宽度调制模块SPWM的输入端，产生对逆变器中IGBT通断状态控制的信号。
当需要对电流传感器方向进行辨别时，在逆变器并网上电瞬间采集A相1/4周期的电流进行正负判断：当A相1/4周期的电流为负时，则电流传感器方向由逆变器侧指向电网侧，即将公式(3)中的ud、uq进行乘1操作，ud、uq保持公式(3)的表达式不变。若电流为正，则电流传感器方向由电网侧指向逆变器侧；即将公式(3)中的ud、uq进行乘1操作，其表达式如下：
Figure BDA0003006578460000052
通过以上说明可以看出，使用本发明所述的电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法，可以有效避免因电流传感器方向与电流环解耦方向不对应导致的系统失稳问题，还能够准确识别电流传感器方向，控制相对简单，对系统的安全稳定运行、后期程序的优化升级起到了关键作用。

Claims (3)

1.一种电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).电流和电压采集：利用设置电压传感器和电流传感器，采集逆变器输出端的电压信号和电流信号，设所采集的A、B、C三相的电流信号和电压信号分别为ia、ib、ic、ea、eb、ec；
b).建立逆变器数学模型：根据电流传感器和电压传感器的方向推导电流环解耦方向，得到如公式(1)所示的逆变器数学模型：
Figure FDA0003006578450000011
其中，ud、uq为解耦运算后d轴和q轴的电压，L为逆变器输出端的电抗值，R为逆变器输出端的等效电阻值，ω＝2πf，f为逆变器输出交流信号的频率；id、iq为电流传感器输出信号ia、ib、ic经三相二相坐标系变换后得到的d轴和q轴的数值，ed、eq为电压传感器输出信号ea、eb、ec经三相二相坐标系变换后得到的d轴和q轴的数值；
c).获取比例积分调节模型：设比例积分调节的比例系数为Kp、积分系数为KI，获取如公式(2)所示的比例积分控制模型：
Figure FDA0003006578450000012
其中，
Figure FDA0003006578450000013
为给定值；
Figure FDA0003006578450000014
为比例积分调节后d轴和q轴的电压值；
d).获取电流环解耦控制模型：根据
Figure FDA0003006578450000015
联合公式(1)和公式(2)获取如公式(3)所示的电流环解耦控制模型：
Figure FDA0003006578450000021
e).电流传感器方向和电流环解耦方向进行互锁：在逆变器并网上电瞬间，采集A相1/4周期的电流进行逻辑判断：若电流为正，则输出-1；若电流不为正，则输出1；然后将逻辑值与公式(3)获取的电流环解耦方向进行乘操作，进而实现电流传感器方向和电流环解耦方向的互锁。
2.根据权利要求1所述的电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法，其特征在于：步骤e)中将获取的逻辑值与电流环解耦方向进行乘操作后，再将获取的ud、uq进行三相二相坐标系逆变换，获取三相电压信号ua、ub、uc。
3.根据权利要求2所述的电流传感器方向与电流环解耦方向互锁机制的控制方法，其特征在于：将获取的三相电压信号ua、ub、uc输入至脉冲宽度调制模块SPWM的输入端，产生对逆变器中IGBT通断状态控制的信号。
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