CN201887486U - 一种应用于三相电压型逆变器的控制器 - Google Patents

一种应用于三相电压型逆变器的控制器 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种采用新的控制策略的控制器，该控制采用滞环控制和滞环SVPWM相结合，电压比较器与电压PI调节器连接，电压PI调节器连接乘法器，乘法器连接电流比较器，电流比较器与判断模块相连，判断模块与控制模块连接。具有这种控制策略的控制器，在保证电流动态响应速度的同时，也降低了开关损耗，同时减小了交流并网电流的谐波畸变率。特别适用于光伏、风电等大型并网逆变系统场合。

Description

一种应用于三相电压型逆变器的控制器
技术领域
本实用新型属于变频控制领域，涉及一种逆变器的控制策略的控制器的，尤其是一种应用于三相并网控制的电压型逆变器的控制策略的控制器。
背景技术
对于三相电压型PWM并网逆变器，为了使其在工作时功率因数近似为1，即要求输入电流为正弦波且和电压同相位，可以有多种控制方法。根据有没有引入电流反馈将这些控制方法分为两种，直接电流控制(引入交流电流反馈)和间接电流控制(没有引入交流电流反馈)两大类。
间接电流控制，也称为相位和幅值控制。这种控制方法在信号运算过程中要用到电路参数L和R，当L和R的运算值和实际值有误差时，必然影响到控制效果。这种控制方法是基于系统的静态模型设计的，其动态特性较差，间接电流控制的系统应用较少。
直接电流控制，通过运算求出交流输入电流指令值，再引入交流电流反馈，通过对交流电流的直接控制而使其跟踪指令电流值，其中最常用的是采用电流滞环比较方式的控制系统，其结构简单、电流响应速度快、系统鲁棒性好，应用较多。
但是目前在采用滞环电流比较的直接电流控制的实际控制系统中，由于开关频率不固定，容易造成过高的开关损耗。特别大的开关损耗将带来逆变器的转换效率降低，对于同样的发电容量需要并入电网，其逆变器的输入侧需要更多的功率。
发明内容
本实用新型的目的在于保持现有技术的优点的基础上，克服上述现有技术的缺点，提供一种应用于三相电压型逆变器的控制器，该控制器提供相对固定的开关频率，降低开关损耗，同时保持了现有结构简单、电流响应速度快等优点。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的：
所述的电压比较器与电压PI调节器连接，电压PI调节器连接乘法器，乘法器连接电流比较器，电流比较器与判断模块相连，判断模块与控制模块连接。
所述的控制模块与三相逆变电路连接。
本实用新型对于同样的功率要求，克服了在开关频率过高带来的开关损耗的困难；对于大功率的逆变器，避免因开关损耗过大引起的功率器件的额外损坏，提高逆变运行的可靠性；对于大功率系统，可以提高转换效率，用较小的发电量达到大型并网逆变系统所需功率的要求。从而可以减小故障率；另外，采用本实用新型的控制器，有效降低了成本，便于维护。
附图说明
图1为本实用新型的改进算法的控制框图；
图2为本实用新型并网逆变器的三相逆变电路图；
图3为采用滞环SVPWM控制的交流侧电流THD；
图4为采用改进算法控制的本实用新型的交流侧电流THD。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参见图1所示，本实用新型包括有可应用于三相电压型逆变器的采用滞环SVPWM控制与纯滞环控制相结合的控制方法。
对a、b、c三相电流的实际测量值i与给定值为i*进行比较，得到各相电流的误差值Δi，设置一个电流误差矢量Δi的限值Ith，当|Δi|＞Ith，采用纯滞环控制策略的控制器(用纯滞环比较器实现)，实现电流的快速跟踪，提高电流的响应速度；当|Δi|＜Ith，此时电流误差矢量较小，为了降低开关频率，同时限制误差电流，采用滞环SVPWM控制策略的控制器。
参照图2所示，上述的并网逆变器为三相电压型桥式逆变电路。主要由以下几部分组成：e为网侧相电压，i为逆变器输出相电流，电流参考方向如图中箭头所示；L为滤波电感，R为滤波电感的寄生电阻，C为直流侧母线电容，Udc为直流母线电容上的电压。V1～V6功率桥的六个功率开关管。
图1采用纯滞环控制和滞环SVPWM控制相结合的分段控制，得到不同的开关状态，分别去驱动图2所示不同的功率管，实现的三相并网逆变，满足单位功率因数且电流谐波畸变小的要求。其中当Sa＝1时，代表a相的上桥臂V1导通、V4关断，否则V1关断、V4导通；同理可得，当Sb＝1时，V3导通、V6关断，否则V3关断、V6导通；当Sc＝1时，V5导通、V2关断，否则V5关断、V2导通。依次循环，得到开关频率相对固定的SVPWM波，驱动6只IGBT功率管。
本实用新型主要用于三相桥式电压型并网逆变器部分，特别适合用于光伏发电、风力发电等逆变控制系统中。
参照图3、图4，在仿真的环境下，图3为采用传统纯滞环控制方法的仿真结果，图4为本实用新型所用控制方法的仿真结果，由两图的比较可知，两者的交流电流基波分量差别不大，但其谐波畸变却有了明显的改善。即采用新的控制器，在降低开关损耗的同时，交流电流谐波畸变率明显下降，减少了对电网的谐波污染，更容易达到并网要求。
针对滞环SVPWM控制存在的问题，提出了将纯滞环控制和滞环SVPWM结合的分段控制方式。
若交流侧电流矢量给定值为i*，则实际电流误差矢量为：
Δi＝i*-i
设置一个电流误差矢量Δi的限值Ith，当|Δi|＞Ith，采用纯滞环控制策略的控制器，实现电流的快速跟踪；当|Δi|＜Ith，此时电流误差矢量较小，为了降低开关频率，同时限制误差电流，采用滞环SVPWM控制。
本实用新型所用控制策略的控制器的效果如下：
在matlab/simulink环境下，按网侧逆变器整体框图(图2)搭建模型，采用滞环SVPWM控制以及改进的控制策略的控制器分别进行仿真，仿真结果显示，两种控制策略的控制器均可实现单位功率因数并网，如图3所示。通过powergui模块的FFT，可以看出采用这两种控制器的交流侧电流谐波畸变率THD，采用滞环SVPWM控制时，交流侧电流谐波畸变率为8.57％(图3)，而采用改进控制策略的控制器其谐波畸变率只有3.36％(图4)，进一步验证了采用改进的分段控制策略的控制器的优越性。
本实用新型有效降低开关器件的开关损耗，且降低交流侧电流谐波畸变。

Claims (2)

1.一种应用于三相电压型逆变器的控制器，包括电压比较器，其特征在于，所述的电压比较器与电压PI调节器连接，电压PI调节器连接乘法器，乘法器连接电流比较器，电流比较器与判断模块相连，判断模块与控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于三相电压型逆变器的控制器，其特征在于，所述的控制模块与三相逆变电路连接。
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