CN102810995B - 半桥三电平并网逆变器的正负输入电容的电压调节方法 - Google Patents

半桥三电平并网逆变器的正负输入电容的电压调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半桥三电平并网逆变器的正负输入电容的电压调节方法，它包括以下步骤：采样正负输入电容的电压，计算在市电周期内正负输入电容电压差ΔVbus；在n个市电周期内，计算ΔVbus_avg；设定正负输入电容允许电压差V容，通过ΔVbus_avg与V容的对比得到积分误差；根据电压环参考值以及电压环采样值，得到电压环输出值，并对ΔVbus放大k倍得到比例误差；通过生成的电压环输出值、积分误差以及比例误差的累加得到电流环参考值，根据电流环参考值以及电流环采样值得到电流环输出值，根据电流环输出值调节占空比的大小以调节输出直流偏移量，自动调节和匹配n和k以控制ΔVbus_avg和输出直流偏移量。

Description

半桥三电平并网逆变器的正负输入电容的电压调节方法
技术领域
本发明中涉及了一种半桥三电平并网逆变器的正负输入电容的电压调节方法。
背景技术
在半桥三电平半桥并网逆变器逆变器中，输出电流直流偏移量等因素造成正负BUS电容电压不平衡。如果正负BUS电容电压不平衡持续累积，将造成单边输入电容电压过高，从而引发***故障。
具体如图1所示，当正电容C1和负电容C2的的电压不平衡时，如果没有适当的控制方式，将使正负输入电容的差异越来越大，最后造成正电容或负电容电压过高。
半桥三电平逆变器多采用双环控制，即使用电压环将输入正负电容C1和C2的电压和稳定在设定值，电压环的输入为电流环的参考，然后使用电流环来控制并网逆变器的输出电流。传统的正负输入电容不平衡调节方式，多采用简单的比例控制来调节电流环的参考值，从而改变正负半周的电流大小，但控制精度和调节速度都无法控制。另外，正负半周电流大小的改变，将产生比较大的输出直流偏移量，使正负输入电容电压不平衡调节和输出直流偏移量的调节产生矛盾。
发明内容
本发明提供了一种半桥三电平并网逆变器的正负输入电容的电压调节方法，正负输入电容电压平衡且电流环输出量的偏移量较小。
本发明公开了一种半桥三电平并网逆变器的正负输入电容的电压调节方法，它包括以下步骤：
（A）采样正负输入电容C1和C2的电压，计算在市电周期内正负输入电容电压差ΔV bus ；
（B）在n个市电周期内，计算正负输入电容电压差ΔV bus 的平均值ΔV bus_avg ；设定正负输入电容允许电压差V 容 ，通过ΔV bus_avg 与V 容 的对比得到积分误差BusErrI；
（C）在电压环的计算周期内，根据电压环参考值以及电压环采样值，得到电压环输出值，并对ΔV bus 放大k倍得到比例误差BusErrP；
（D）通过电压环输出值、积分误差BusErrI以及比例误差BusErrP的累加得到电流环参考值，根据电流环参考值以及电流环采样值得到电流环输出值，根据电流环输出值调节占空比的大小以调节输出直流偏移量，自动调节和匹配n和k以控制ΔV bus_avg 和输出直流偏移量。
优选地，通过调节积分误差BusErrI的计算市电周期的个数n以设定此电压调节方法的控制精度。
优选地，通过调节比例误差BusErrP的放大倍数K以控制调节速度。
优选地，所述积分误差BusErrI的计算时间长至不会因电压环的调节过快而产生大的输出直流偏移量。
优选地，在步骤B）中，当ΔV bus_avg 大于V 容 的最大值时，减小积分误差BusErrI，当ΔV bus_avg 小于V 容 的最小值时，增大积分误差BusErrI。
本发明采用以上方法，可以方便的控制输入电容不平衡的调节速度和精度，方便地兼容正负输入电容电压不平衡调节和输出直流偏移量的调节。
附图说明
附图1为半桥三电平并网逆变器结构原理示意图。
附图2为本发明方法的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如附图2所示，一种半桥三电平并网逆变器的正负输入电容的电压调节方法，它包括以下步骤：
（A）采样正负输入电容C1和C2的电压，计算在市电周期内正负输入电容电压差ΔV bus ；
（B）在n个市电周期内，计算正负输入电容电压差ΔV bus 的平均值ΔV bus_avg ；设定正负输入电容允许电压差V 容 ，通过ΔV bus_avg 与V 容 的对比得到积分误差BusErrI；
（C）在电压环的计算周期内，根据电压环参考值以及电压环采样值，得到电压环输出值，并对ΔV bus 放大k倍得到比例误差BusErrP；
（D）通过生成的电压环输出值、积分误差BusErrI以及比例误差BusErrP的累加得到电流环参考值，根据电流环参考值以及电流环采样值得到电流环输出值，根据电流环输出值调节占空比的大小以调节输出直流偏移量，自动调节和匹配n和k以控制ΔV bus_avg 和输出直流偏移量。
在步骤（A）中，假定一个市电周期为20毫秒，ΔV bus =V C1 -V C2 。
在步骤（B）中，假定n为20，则在400毫秒计算正负输入电容电压差ΔV bus 的平均值ΔV bus_avg 。此平均值ΔV bus_avg 可以是算术平均值、几何平均值、均方根平均值等任一种体现ΔV bus 的平均数值。
根据逆变器元件的具体选型设定正负输入电容允许电压差V 容 ，本实施例中V 容 的范围在-5V-+5V。即如果正负输入电容允许电压差在V 容 范围内，则此半桥三电平并网逆变器能够在正常的区间范围内工作。
通过ΔV bus_avg 与V 容 的对比得到积分误差BusErrI。当ΔV bus_avg 大于V 容 的最大值时，减小积分误差BusErrI，当ΔV bus_avg 小于V 容 的最小值时，增大积分误差BusErrI。假定V 容 的最大值和最小值分别为+5V和-5V，当ΔV bus_avg 大于+5V时，减小积分误差BusErrI，当ΔV bus_avg 小于-5V增大积分误差BusErrI。
在步骤（C）中，在电压环的计算周期内，本实施例中假定一个电压环的计算周期为50μs，根据电压环参考值以及电压环采样值，电压环输出值=（电压环参考值-电压环采样值）*PI。
其中电压环采样值是通过对正负输入电容C1和C2的电压和的即时采样获得的。电压环参考值是根据实际需求确定的正负输入电容C1和C2的电压和的参考值，也就是该逆变器理想状态下的正负输入电容C1和C2的电压和。
同时，对ΔV bus 放大k倍得到比例误差BusErrP。BusErrP=k*ΔV bus 。
在步骤（D）中，在电流环的控制中，本实施例中假定一个电流环的计算周期为50μs。电流环输出值=（电流环参考值-电流环采样值）*PI，其中电流环参考值=电压环输出值+积分误差BusErrI+比例误差BusErrP。
电流环的采样值可以通过采样电感的电流、通过电容的电流或者逆变器与电网之间的电流得到。
根据电流环输出值调节占空比的大小以调节输出直流偏移量，自动调节和匹配n和k以控制ΔV bus_avg 和输出直流偏移量，即将ΔV bus_avg 控制在V 容 （-5V-+5V内）的同时将输出直流偏移量设定在允许的范围内。
综上所述，
由此可见，通过调节积分误差BusErrI的计算市电周期的个数n以设定此电压调节方法的控制精度。通过调节比例误差BusErrP的放大倍数K以控制调节速度。
优选地，为了避免电压环的调节过快造成比较大的电流环输出值中的偏移量过大，在取样n时应尽可能得较大，例如在10到100，甚至更多，在本实施例中，n=20。
本发明采用以上方法，可以方便的控制输入电容不平衡的调节速度和精度，方便地兼容正负输入电容电压不平衡调节和输出直流偏移量的调节。
以上对本发明的特定实施例结合图示进行了说明，很明显的在不离开本发明的范围和精神的基础上，可以对现有技术和工艺进行很多修改。在本发明的所属技术领域中，只要掌握通常知识，就可以在本发明的技术要旨范围内，进行多种多样的变更。

Claims (4)

1.一种半桥三电平并网逆变器的正负输入电容的电压调节方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(A)采样正负输入电容C1和C2的电压，计算在市电周期内正负输入电容电压差△Vbus；
(B)在n个市电周期内，计算正负输入电容电压差△Vbus的平均值△Vbus_avg；设定正负输入电容允许电压差V容，通过△Vbus_avg与V容的对比得到积分误差BusErrI, 所述积分误差BusErrI的计算时间长至不会因电压环的调节过快而产生大的输出直流偏移量；
(C)在电压环的计算周期内，根据电压环参考值以及电压环采样值，得到电压环输出值，并对△Vbus放大k倍得到比例误差BusErrP；
(D)通过电压环输出值、积分误差BusErrI以及比例误差BusErrP的累加得到电流环参考值，根据电流环参考值以及电流环采样值得到电流环输出值，根据电流环输出值调节占空比的大小以调节输出直流偏移量，自动调节和匹配n和k以控制△Vbus_avg和输出直流偏移量。
2. 根据权利要求l所述的半桥三电平并网逆变器的正负输入电容的电压调节方法，其特征在于：通过调节积分误差BusErrI的计算市电周期的个数n以设定此电压调节方法的控制精度。
3. 根据权利要求1所述的半桥三电平并网逆变器的正负榆入电容的电压调节方法，其特征在于：通过调节比例误差BusErrP的放大倍数K以控制调节速度。
4. 根据权利要求1所述的半桥三电平并网逆变器的正负输入电容的电压调节方法，其特征在于：在步骤B）中，当△Vbus_avg大于V容的最大值时，减小积分误差BusErrI，当△Vbus_avg小于V容的最小值时，增大积分误差BusErrI。
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