一種三相太陽能逆變輸出波形動態補償控制方法
2023-05-28 18:09:11 2
專利名稱：一種三相太陽能逆變輸出波形動態補償控制方法
技術領域：
本發明涉及一種三相太陽能輸出波形控制方法，尤其是涉及一種三相太陽能逆 變輸出波形動態補償控制方法。
背景技術：
在太陽能發電系統中，太陽能電池陣列產生的直流電經過逆變器轉換為交流 電，輸出給用戶的交流電的質量是衡量逆變器性能的一個重要指標。然而由於系統設計 中存在的參數不匹配或一些非線性現象，如電路中電阻、電容和電感參數的偏差和功率 管的開關死區等，使得輸出波形有較大的諧波；另一方面由於非線性負載及動態上載和 去載等的影響，也會使得輸出波形發生嚴重畸變。高品質的輸出是太陽能發電系統併入 大電網的必要條件，同時高品質的輸出對於離網運行的太陽能發電系統是有效保障各類 用電設備正常可靠運行的關鍵因素。因此，隨著太陽能發電的推廣和應用，逆變輸出波 形控制技術愈發重要。隨著高速數位訊號處理器(DSP)的迅速發展和應用，當今的太陽能逆變系統控 制大部分採用數字控制方法，硬體設計簡單，調試方便，可靠性高，能克服模擬控制存 在的分散性大、溫度漂移及器件老化等問題。由於DSP具有超強的數據處理能力和快的 響應速度，配合高性能的模數轉換器，DSP能瞬時讀取太陽能逆變輸出值，採用先進的 控制策略，可以對負載動態變化產生的諧波進行動態補償，使得逆變器輸出高品質的波 形。對於三相輸出太陽能系統，如果使用三個獨立的全橋單相逆變器，會增加功率 開關管如IGBT的數目，成本升高，同時採取三個控制系統，計算量大，難以控制三相 平衡。採用三相半橋拓撲的逆變器，減少了功率開關管的數目，降低了成本，但三相輸 出相互影響，加大了控制算法的難度。本發明主要針對後一種逆變器設計了新的控制方法。目前，實現三相太陽能逆變輸出的波形控制技術有(1)比例積分控制(PI控 制)。三相輸出信號經調理電路送入DSP數模轉換單元，將轉換結果存於DSP中，經 Clarke和Park變換後，生成電流dq分量，得到輸出電流的反饋信號，再與給定dq分量進 行比較，其偏差信號經PI控制器，得到脈衝控制量。單單使用PI控制的方法能有較好 的動態性能，但是輸出波形的穩態性能較差。(2)對三相分別使用重複控制方法。利用 控制系統的內模原理，設計一個重複控制器，使得系統能跟蹤輸出誤差，用一個周期信 號保持器消除周期參考信號或者擾動引起的周期跟蹤誤差。重複控制能保證輸出波形， 但由於重複控制得到的控制指令不是立即輸出給系統，而是滯後一個參考周期信號才輸 出，使得幹擾出現後的一個參考周期內，系統對幹擾不產生任何調節作用，因此重複控 制系統的動態響應速度非常慢。(3)對三相分別使用PI控制和重複控制相結合的方法。 對每一相輸出信號經調理電路、AD轉換後的結果存入DSP中，得到單相輸出的反饋信 號，將此反饋信息與給定正弦表的相應數據進行比較，其偏差信號根據PI控制算法得到脈衝控制量；同時對每相實施重複控制方法，將控制輸出量疊加在PI控制器的輸出上， 保證每相輸出波形的穩態性能和動態性能。後兩種方法對每相單獨控制，難以控制三相 的平衡，在PI控制和重複控制相結合的方法中，由於重複控制輸出量總是疊加在PI控制 輸出上，當負載發生較大的擾動時，如上載和去載過程中，電壓會總體抬高或降低，輸 出正負不對稱，在隔離變壓中引起較大的直流分量，會導致直流偏磁現象，嚴重影響變 壓器的運行。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種簡單、高效、 易於實現的三相太陽能逆變輸出波形動態補償控制方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種三相太陽能逆變輸出波形動態補償控制方法，其特徵在於，該方法包括以 下步驟1)三相太陽能逆變輸出電壓電流信號經信號調理電路處理後輸入到DSP中， DSP採用模糊PI控制方法對其進行三相矢量控制、計算調製比、計算三相SPWM波的脈 寬；2)DSP計算電流瞬間變化監控值，判斷該值是否超過閾值，若為是，執行步驟 3)，若為否，執行步驟4)；3)DSP對每相一個周期內每個離散點的自學習補償量和當前補償偏差量全部清 零，執行步驟5)；4)DSP對每相計算當前電流輸出與理想正弦波的偏差，根據該偏差設定補償偏 差量，執行步驟5)；5)DSP計算每相的下一個周期自學習補償量；6)DSP將步驟5)計算所得的每項的下一個周期自學習補償量加到各自的SPWM 波的脈寬上，得到最終的SPWM波的脈寬，並輸出三相SPWM波。所述的步驟1)中的DSP採用模糊PI控制方法對其進行三相矢量控制、計算調製 比、計算三相SPWM波的脈衝寬度過程如下a.DSP獲得三相電壓電流值；b.對三相信號進行Clarke變換，將三個標量的控制通過空間矢量變換方法轉換為 一個矢量的控制；c.進行Park變換，實現解耦控制得到d_q軸分量值ud，id和uq，iq ；d.利用ud、Uq和太陽能直流端最大功率追蹤控制器得到的功率值，計算出電流信 號給定值I和ζ;
權利要求
1.一種三相太陽能逆變輸出波形動態補償控制方法，其特徵在於，該方法包括以下 步驟1)三相太陽能逆變輸出電壓電流信號經信號調理電路處理後輸入到DSP中，DSP採 用模糊PI控制方法對其進行三相矢量控制、計算調製比、計算三相SPWM波的脈寬；2)DSP計算電流瞬間變化監控值，判斷該值是否超過閾值，若為是，執行步驟3)， 若為否，執行步驟4)；3)DSP對每相一個周期內每個離散點的自學習補償量和當前補償偏差量全部清零， 執行步驟5)；4)DSP對每相計算當前電流輸出與理想正弦波的偏差，根據該偏差設定補償偏差 量，執行步驟5)；5)DSP計算每相的下一個周期自學習補償量；6)DSP將步驟5)計算所得的每項的下一個周期自學習補償量加到各自的SPWM波的 脈寬上，得到最終的SPWM波的脈寬，並輸出三相SPWM波。
2.根據權利要求1所述的一種三相太陽能逆變輸出波形動態補償控制方法，其特徵在 於，所述的步驟1)中的DSP採用模糊PI控制方法對其進行三相矢量控制、計算調製比、 計算三相SPWM波的脈衝寬度過程如下a.DSP獲得三相電壓電流值；b.對三相信號進行Clarke變換，將三個標量的控制通過空間矢量變換方法轉換為一 個矢量的控制；C.進行Park變換，實現解耦控制得到d_q軸分量值ud，id和uq，iq ；d.利用ud、uq和太陽能直流端最大功率追蹤控制器得到的功率值，計算出電流信號給 定值^和ζ ；e.id和iq分別與給定^和^值進行比較，其差值作為模糊PI調節器的輸入^AO = C-iAOeq(t) = Itq-IqH)f.設定模糊PI調節器參數，當ed(t)值大時，比例因子Kpd和積分因子Kld取大值；當 ed⑴值小時，Kpd和Kld取小值；g.計算模糊PI調節器輸出i 『 d (t) = i 『 d(t-l) +Kpd (ed (t) -ed (t-1)) +Klded (t)i' q (t) = i' q (t-1) +Kpq (eq (t) -eq (t-1)) +Kiqeq (t)h.計算調製比M = ^i'd{tf+i'q{tfi.利用對稱規則採樣法計算三相雙極性SPWM波的翻轉時間CMPRX =ZL 21 + M sinf I Ν JJCMPR2 =ZL 21 + M sin(Ink U"2π
3.根據權利要求1所述的一種三相太陽能逆變輸出波形動態補償控制方法，其特徵在 於，所述的步驟2)中的DSP計算電流瞬間變化監控值如下
4.根據權利要求1所述的一種三相太陽能逆變輸出波形動態補償控制方法，其特徵在 於，所述的步驟4)中的DSP對每相計算當前電壓輸出與理想正弦波的偏差，根據該偏差 設定補償偏差量步驟如下設Scmpr, k(t)初始值為零，對每相計算當前電流輸出與理想正弦波的偏差ek(t) = i*k(t)-ik{t)設定自學習補償值ecMPR, k(t)對|ek(t)|進行分段處理，在同一段內eeMPR, k(t)值保持不變；如果|ek(t)|為大值，則 ecMPR, k(t)取大值，如果|ek(t)|為小值，k(t)取小值；區間閾值的大小根據系統 參數決定。
5.根據權利要求1所述的一種三相太陽能逆變輸出波形動態補償控制方法，其特徵在 於，所述的DSP計算每相的下一個周期自學習補償量Scmpr, k(t+l)如下
全文摘要
本發明涉及一種三相太陽能逆變輸出波形動態補償控制方法，包括以下步驟1)DSP對三相太陽能逆變輸出電壓電流信號進行三相矢量控制；2)DSP計算電流瞬間變化監控值，判斷該瞬間變化監控值是否超過閾值，若為是，執行步驟3)，若為否，執行步驟4)；3)DSP對每相一個周期內每個離散點的自學習補償量和當前補償偏差量全部清零，執行步驟5)；4)DSP對每相計算當前電流輸出與理想正弦波的偏差，根據該偏差設定補償偏差量，執行步驟5)；5)DSP計算每相的下一個周期自學習補償量；6)DSP將步驟5)計算所得的每項的下一個周期自學習補償量加到各自的SPWM波的脈寬上。與現有技術相比，本發明具有簡單、高效等優點。
文檔編號H02J3/38GK102013681SQ201010510479
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者卿湘運, 楊富文 申請人:華東理工大學