CN102148580A - 用于并网逆变器的加入零矢量的无差拍电流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于并网逆变器的加入零矢量的无差拍电流控制方法，单相光伏并网逆变***由光伏阵列、电压型可逆PWM整流器、最大功率点跟踪单元(MPPT)以及基于DSP的可逆变流控制***构成。为了在PWM控制中抑制电流变化率、降低功率管开关应力，采用加入“零矢量”调制的无差拍电流跟踪控制方法，使网侧电流在一个开关周期内跟踪指令电流从而达到电能高质量控制功能。即在一个PWM控制周期中，通过对电流的跟踪，控制上图中V1～V4功率开管的通断，限制电流的变化率，使得实际电流在一个PWM周期内跟上指令电流，从而达到无差拍电流跟踪控制。

Description

用于并网逆变器的加入零矢量的无差拍电流控制方法

一、技术领域

本发明涉及一种逆变器控制方法，尤其涉及一种用于并网逆变器的加入零矢量的无差拍电流控制方法。

二、背景技术

应用于光伏或风力等新能源发电的并网逆变器，需要能够快速稳定地跟踪太阳能电池板或风机的最大功率点，灵活地控制输出有功功率和谐波，并且具有优异的动态响应和调节速度，以适应自然条件如光照或风场的变化。单周期控制方法通过脉宽调制PWM调节逆变器开关管的占空比，使得开关周期内被控量的平均值等于参考给定。这种方法具有动态响应快、鲁棒性好、开关频率固定等优点，是一种性能良好的并网逆变器控制方法。

传统并网逆变器的单周期控制方法在具体实现时，需要得到每个周期内被控量的平均值。可采用模拟积分器在一个周期内积分得到，需在下一周期开始时复位积分器。随着开关频率的提高，积分器复位实现困难。且出于性能上的考虑，并网逆变器的控制目前逐渐采用数字控制，以克服模拟器件的稳漂和一致性差的问题，并使得***整体功能更完备和智能化。数字方法得到被控量在一个开关周期内的平均值，需要在一个开关周期多次采样被控量的瞬时值进行滤波和平均值计算，占用大量DSP芯片资源，对DSP芯片的运算能力提出了高的要求，增加了***的成本。

三、发明内容

为了解决现有技术中出现的问题，本发明提出一种技术方案：

用于并网逆变器的加入零矢量的无差拍电流控制方法，单相光伏并网逆变***由光伏阵列、电压型可逆PWM整流器、最大功率点跟踪单元(MPPT)以及基于DSP的可逆变流控制***构成；在一个PWM控制周期中，通过对电流的跟踪，控制功率开管的通断，限制电流的变化率，使得实际电流在一个PWM周期内跟上指令电流，从而达到无差拍电流跟踪控制；其特征在于：

为了在单相VSR PWM控制中降低功率开关应力，在PWM载波周期中对称加入“零矢量”，以平滑电流冲击；

通过PWM控制，使实际电流跟上指令电流，即满足电流预测控制的条件，实现VSR电流预测跟踪控制；

采用加入“零矢量”调制的单相VSR预测电流跟踪控制时，网侧电流将在一个PWM开关周期跟踪指令电流，同时“零矢量”也限制了电流变化率，并降低了功率管应力。

本发明的有益效果：

在PWM控制中抑制电流变化率、降低功率管开关应力；“零矢量”调制的单相VSR预测电流跟踪控制时，网侧电流在一个开关周期内跟踪指令电流从而达到电能高质量控制功能，即在一个PWM控制周期中，通过对电流的跟踪，控制功率开管的通断，限制电流的变化率，使得实际电流在一个PWM周期内跟上指令电流，从而达到无差拍电流跟踪控制。

四、附图说明

图1是本发明的单相光伏并网逆变***构成；

图2是本发明的加入“零矢量”调制的电流跟踪示意。

五、具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明创造作进一步说明：

单相光伏并网逆变***由光伏阵列、电压型可逆PWM整流器、最大功率点跟踪单元(MPPT)以及基于DSP的可逆变流控制***构成。结构如图1所示，单相光伏并网逆变***构成。

为了在PWM控制中抑制电流变化率、降低功率管开关应力，本发明创造采用加入“零矢量”调制的无差拍电流跟踪控制方法，使网侧电流在一个开关周期内跟踪指令电流从而达到电能高质量控制功能。即在一个PWM控制周期中，通过对电流的跟踪，控制图1中V1～V4功率开管的通断，限制电流的变化率，使得实际电流在一个PWM周期内跟上指令电流，从而达到无差拍电流跟踪控制。

如图1所示，对于单相VSR，其交流侧回路电压方程为

$e_s-\mathrm{Ri}-L\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}=V_n---\left(1\right)$

式中e_s-----电网电动式；Is----网侧电流；Vn-----单相VSR交流侧电压；R、L----单相VSR网侧电阻、电感。

定义三值逻辑开关函数S为

显然由上述开关函数进行PWM控制时，H桥交流端电压可描述为：

$V_n=\left\{\begin{array}{cc}0& S=0\\ V_{\mathrm{dc}}& S=1\\ -V_{\mathrm{dc}}& S=-1\end{array}\right.---\left(3\right)$

显然，Vn＝SVdc    (4)

当S＝0时Vn＝0即为所谓的“零矢量”。将式(4)代入式(1)，并两边在tk、tk+Ts时段上积分，即得

${\∫}_{t_N}^{t_N+T}{e}_s\mathrm{dt}-{\∫}_{t_N}^{t_N+T}\mathrm{Ridt}-L[i(t_N+T)-i\left(t_N\right)]={\∫}_{t_N}^{t_N+T}{\mathrm{SV}}_{\mathrm{dc}}\mathrm{dt}---\left(5\right)$

式中Ts---PWM载波周期；tk---第k次开关周期起始时刻；

为了在单相VSR PWM控制中降低功率开关应力，可以在PWM载波周期中对称加入“零矢量”，以平滑电流冲击，如图2所示。

当PWM开关频率较高时，可以认为在t_N、t_N+Ts时段es、Vdc近似不变，则

${\∫}_{t_N}^{t_N+T}{e}_s\mathrm{dt}\≈{\mathrm{Te}}_s\left(t_N\right)---\left(6\right)$

${\∫}_{t_N}^{t_N+T}{\mathrm{SV}}_{\mathrm{dc}}\mathrm{dt}={\∫}_{t_a}^{t_b}{\mathrm{SV}}_{\mathrm{dc}}\mathrm{dt}=(t_b-t_a){\mathrm{SV}}_{\mathrm{dc}}\left(t_N\right)---\left(7\right)$

对于

取 $i\≈\frac{i\left(t_N\right)+i(i_N+T)}{2}---\left(8\right)$

故得： ${\∫}_{t_N}^{t_N+T}\mathrm{Ridt}\≈\frac{\mathrm{RT}}{2}[i\left(t_N\right)+i(t_N+T)]---\left(9\right)$

令某一开关时期从t_N开始到t_N+Ts结束，电流预测控制的条件为

i_s(t_N+Ts)＝i_s*(t_N)    (10)

式中i*(t_N)为电流指令值，i(t_N+T)为电流采样值，

如果通过上述PWM控制，使实际电流在t_N+T时刻跟上指令电流，即满足式(10)条件，则可实现VSR电流预测跟踪控制。联立式(1)～式(9)，得

$(t_b-t_a)S=\frac{1}{V_{\mathrm{dc}}\left(t_N\right)}[{\mathrm{Te}}_s\left(t_N\right)-(L+\frac{\mathrm{RT}}{2})i*\left(t_N\right)+(L-\frac{\mathrm{RT}}{2})i\left(t_N\right)];S\≠0---\left(11\right)$

显然，“零矢量”调制时间为[Ts-(tb-ta)]。当(tb-ta)S＞0时，V1、V3管导通；而(tb-ta)S＜0时，V2、V4管导通；当采用加入“零矢量”调制的单相VSR预测电流跟踪控制时，网侧电流将在一个PWM开关周期跟踪指令电流，同时“零矢量”也限制了电流变化率，并降低了功率管应力。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本实用新型，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (2)

1.用于并网逆变器的加入零矢量的无差拍电流控制方法，单相光伏并网逆变***由光伏阵列、电压型可逆PWM整流器、最大功率点跟踪单元(MPPT)以及基于DSP的可逆变流控制***构成；在一个PWM控制周期中，通过对电流的跟踪，控制功率开管的通断，限制电流的变化率，使得实际电流在一个PWM周期内跟上指令电流，从而达到无差拍电流跟踪控制；其特征在于：

为了在单相VSR PWM控制中降低功率开关应力，在PWM载波周期中对称加入“零矢量”，以平滑电流冲击；

通过PWM控制，使实际电流跟上指令电流，即满足电流预测控制的条件，实现VSR电流预测跟踪控制；

采用加入“零矢量”调制的单相VSR预测电流跟踪控制时，网侧电流将在一个PWM开关周期跟踪指令电流，同时“零矢量”也限制了电流变化率，并降低了功率管应力。

2.根据权利要求1所述的用于并网逆变器的加入零矢量的无差拍电流控制方法，其特征在于：所述电流预测控制的条件为：

i_s(t_N+Ts)＝i_s*(t_N)

式中i*(t_N)为电流指令值，i(t_N+T)为电流采样值。

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