高頻鏈矩陣式逆變器並聯改進虛擬阻抗及功率濾波的方法與流程
2023-06-03 01:25:17 4
本發明涉及電力電子高頻鏈矩陣式逆變器並聯控制方法領域，特別涉及高頻鏈矩陣式逆變器並聯繫統功率濾波問題及基於二階廣義積分器SOGI的虛擬阻抗控制。
背景技術：
三相高頻鏈矩陣式逆變器並聯繫統由高頻逆變器、高頻變壓器、矩陣式變換器、濾波環節組成。其工作原理為：首先採樣輸出的三相電流電壓，濾波後進行功率計算，對功率進行反下垂控制，得到參考電壓信號，同時採用虛擬阻抗控制減小系統環流，產生參考電壓後，進行電壓電流雙閉環控制。高頻鏈矩陣式逆變器採用雙向開關，能量可雙向流動，採用了高頻變壓器，實現了電氣隔離，降低了並聯繫統的體積。
針對於下垂控制中功率的濾波問題，一般方法是在功率計算後再採用低通濾波器進行濾波，濾波效果不是很理想，影響了系統的性能，也有對採樣的電壓電流進行濾波後，再進行功率的計算，但是這種方法需要過多的濾波器，降低了系統的性能。對於虛擬阻抗控制，為了減小輸出電流中含有的固有噪聲對並聯繫統的影響，基於二階廣義積分器SOGI的虛擬阻抗控制方法被提出，但是在三相逆變器並聯繫統中，需要採用過多的SOGI進行濾波，系統性能受到影響。
技術實現要素：
本發明目的在於提供一種能夠有效減少SOGI數量、提高系統性能的基於改進功率濾波與基於SOGI虛擬阻抗相結合控制的高頻鏈矩陣式逆變器並聯改進虛擬阻抗及功率濾波的方法；
為實現上述目的，採用了以下技術方案：本發明的三相高頻鏈矩陣式逆變器並聯繫統由高頻鏈矩陣式逆變器A、高頻鏈矩陣式逆變器B、高頻變壓器A、高頻變壓器B、矩陣式變換器A、矩陣式變換器B、LC濾波環節A、LC濾波環節B組成；其中，高頻鏈矩陣式逆變器A採用直流電源供電，高頻鏈矩陣式逆變器A的輸入相與直流電源相連，高頻鏈矩陣式逆變器A的輸出相與高頻變壓器A原邊相連，高頻變壓器A的副邊與矩陣式變換器A的輸入相連，矩陣式變換器A的輸出經過LC濾波環節A濾波；
高頻鏈矩陣式逆變器B採用直流電源供電，高頻鏈矩陣式逆變器B的輸入相與直流電源相連，高頻鏈矩陣式逆變器B的輸出相與高頻變壓器B原邊相連，高頻變壓器B的副邊與矩陣式變換器B的輸入相連，矩陣式變換器B的輸出經過LC濾波環節B濾波；
高頻鏈矩陣式逆變器A與高頻鏈矩陣式逆變器B三相輸出經過導線相連接，再連接三相負載，組成高頻鏈矩陣式逆變器並聯繫統；
本發明所述方法的步驟如下：
步驟1，採樣高頻鏈矩陣式逆變器的三相輸出電壓電流，進行坐標變換得到Iα、Iβ、Uα、Uβ，其中Iα、Iβ為αβ坐標系下高頻鏈矩陣式逆變器輸出電流,Uα、Uβ為αβ坐標系下高頻鏈矩陣式逆變器輸出電壓；
步驟2，採用SOGI只對αβ坐標系下的Uα、Iα進行濾波，產生Uα′、Uβ′和Iα′、Iβ′，此時的Uα′、Uβ′、Iα′、Iβ′相當於αβ坐標系下Uα、Uβ、Iα、Iβ進行濾波後的量，分別對Uα′、Uβ′、Iα′、Iβ′進行濾波，便可以分別對採樣的三相電壓電流量進行濾波；所述SOGI為二階廣義積分器；
步驟3，用Uα′，Uβ′，Iα′，Iβ′進行功率計算，計算後進行反下垂控制，產生給定電壓值；
步驟4，對SOGI濾波後電流量Iα′，Iβ′進行坐標變換，變換後進行基於SOGI的虛擬阻抗控制，功率濾波與虛擬阻抗控制共用一個濾波器；隨後進行電壓電流雙閉環控制，電壓環採用PI控制，電流環採用P控制，產生驅動波形控制高頻鏈矩陣式逆變器並聯繫統。
與現有技術相比，本發明具有如下優點：高頻鏈矩陣式逆變器並聯結構，解決了普通三相逆變器並聯時系統體積大、重量重、效率低、動態響應特性差、音頻噪聲大等缺點。改進的前級功率濾波方法，在αβ坐標系下進行濾波，有效減小了濾波器的數量，提高了功率的質量，同時電流濾波與基於SOGI的虛擬阻抗控制共用一個濾波器，能夠有效的減小系統對電流噪聲的敏感度，有效減少了傳統三相逆變器基於SOGI的虛擬阻抗控制方法中SOGI的數量，提高了系統的穩定性。
附圖說明
圖1為本發明的三相高頻鏈矩陣式逆變器的並聯結構圖。
圖2為SOGI結構框圖。
圖3為傳統的功率計算控制框圖。
圖4為本發明採用SOGI的功率濾波控制框圖。
圖5為本發明的高頻鏈矩陣式逆變器改進前級功率濾波與基於SOGI的虛擬阻抗控制相結合的控制框圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步說明：
圖1為本發明的三相高頻鏈矩陣式逆變器的並聯結構。可見該系統由高頻逆變器、高頻變壓器、矩陣式變換器、濾波環節組成。其中R1，R2，分別為兩逆變器的線路電阻，R為負載，L1，L2，C1，C2分別為兩逆變器的輸出濾波電感和濾波電容，I1，I2分別為兩逆變器的輸出電流，高頻鏈矩陣式逆變器採用雙向開關，能量可雙向流動，採用了高頻變壓器，實現了電氣隔離，降低了並聯繫統的體積。解決了傳統的逆變技術需要採用工頻變壓器實現電氣隔離和電壓匹配，導致並聯繫統體積大、重量重、效率低、動態響應特性差、音頻噪聲大的問題。
圖2為SOGI結構框圖。二階廣義積分器SOGI在指定頻率處可實現極大的增益，能夠濾除正弦波形中的雜波，同時具備輸入輸出同步無延時的優點。二階廣義積分器集低通濾波器和帶通濾波器於一體，它能夠從若干輸入信號中提取一組所需的正交信號，還能濾除信號中含有的諧波分量。
圖3為傳統的功率計算控制框圖。在傳統的功率濾波方法中，首先對逆變器的輸出電壓電流進行採樣，隨後進行瞬時功率的計算，通過低通濾波器對計算出的有功功率P及無功功率Q進行濾波，對濾波後的有功功率及無功功率進行下垂控制。
圖4為本發明的採用SOGI的功率濾波控制框圖。首先採樣逆變器三相輸出電壓電流，進行坐標變換，產生Iα，Iβ，Uα，Uβ，採用SOGI只對αβ坐標系下的Uα,Iα進行濾波，產生Uα′，Uβ′和Iα′，Iβ′，此時的Uα′，Uβ′，Iα′，Iβ′相當於αβ坐標系下Uα，Uβ，Iα，Iβ進行濾波後的量，用Uα′，Uβ′，Iα′，Iβ′進行功率計算，計算後進行反下垂控制。
圖5為本發明的高頻鏈矩陣式逆變器改進前級功率濾波與基於SOGI的虛擬阻抗控制相結合的控制框圖。如圖所示首先採樣高頻鏈矩陣式逆變器的三相輸出電壓和電流，隨後進行坐標變換，變換後產生Iα，Iβ，Uα，Uβ，採用SOGI只對αβ坐標系下的Uα,Iα進行濾波，產生Uα′，Uβ′和Iα′，Iβ′，此時的Uα′，Uβ′，Iα′，Iβ′相當於αβ坐標系下Uα，Uβ，Iα，Iβ進行濾波後的量，用Uα′，Uβ′，Iα′，Iβ′進行功率計算，計算後進行反下垂控制，產生給定電壓值，同時對SOGI濾波後電流量Iα′，Iβ′，進行坐標變換，變換後進行虛擬阻抗控制。隨後進行電壓電流雙閉環控制，電壓環採用PI控制，電流環採用P控制，產生驅動波形控制高頻鏈矩陣式逆變器並聯繫統。
以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。