一種基於電壓型併網逆變器的諧振抑制方法
2023-04-25 23:27:01 1
專利名稱：一種基於電壓型併網逆變器的諧振抑制方法
技術領域：
本發明涉及一種電壓型逆變器(VSI)的電流控制方法，特別適合於微網中帶LCL濾波器的併網逆變器的諧振抑制。
背景技術：
逆變器被控制為電流源為電網輸送電能時，傳統的控制方法通常採用比例積分(PD調節器對輸出電流進行控制。這種控制方法需要很大的增益來實現足夠的控制精度。另一方面，LCL濾波器的使用極大地增加了逆變器系統的複雜程度，因而保證系統的穩定性是併網逆變器控制的一大難題。為了避免諧振的出現，對於LCL濾波器參數和控制器參數的選取有也有著嚴格的要求。滿足這些要求對於逆變器輸出電流的諧波畸變抑制帶來了困難，目前國內還缺乏非常有效的解決方法。目前對於逆變器的併網運行，主要解決方法是使用一個大電感作為濾波器，通過對電感電流的控制以達到滿足指標要求的輸出電流。這種方法通常需要一個較大的濾波電感，從而大大增加了系統的體積和成本。然而，由於這種系統結構簡單，便於設計和控制，因此廣泛地應用於併網逆變器中。近年來，LCL濾波器作為併網逆變器的輸出濾波器得到了越來越多的關注。但是由於LCL濾波器的參數選取較為複雜，控制系統較難設計，容易引起諧振等問題，在目前國內產品中這類濾波器還尚未普及。然而，LCL濾波器的使用可以很大程度地減小逆變器系統的體積和成本，提高輸出電流的質量，減小電磁幹擾(EMC)，因而，LCL濾波器的使用已成為併網逆變器輸出濾波器技術的一個重要發展趨勢。如何找到一個方案，既能使用LCL濾波器降低系統的成本，又能向電網提供高質量的電流，還能保證系統穩定並抑制諧振，是目前帶LCL濾波器的併網逆變器控制所面臨的主要問題。對於基於諧振抑制的LCL濾波型併網逆變器輸出電流的控制，國內尚無非常簡單有效的應用實例。從上述對現有技術的介紹分析可見，目前在國內尚無將諧振抑制與電流控制相結合的方法實現LCL濾波型併網逆變器控制的報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種基於諧振抑制的LCL濾波型併網逆變器的控制技術，使用簡單的電流控制方法，既能使逆變器達到很高的輸出精度，又能保證系統的穩定並抑制諧振。當電網電壓存在畸變時，還能將輸出電流的畸變抑制在很小的範圍內，滿足併網逆變器的國際標準。本發明的技術方案的具體實現是測量逆變器側的電感電流，把單個逆變器控制成電流源，其步驟為第一步，利用霍爾傳感器測量逆變器的LCL濾波器的逆變器側電感電流。該做法與國內目前大多數的做法有所不同。國內大多數做法是測量LCL濾波器的電網側電流，這種方法很難調節控制器的反饋係數以避免振蕩。而本發明所提出的方法是測量逆變器側的電感電流，這樣做的好處是便於設計反饋控制器以抑制諧振，使得系統具有較高的魯棒第二步，使用脈衝寬度調製(PWM)信號作為激勵，同步採集電感電流。這是由於逆變器側的電感電流含有較多的開關噪聲和紋波。採用數位訊號處理器進行同步採樣，將測得逆變器側的電感電流的平均值，這些採樣值則會組成一條光滑的正弦曲線；第三步，對同步採樣得到的逆變器側的電感電流的進行單環反饋控制，簡單有效。採用比例控制器與一系列諧振控制器相結合的方法，諧振控制器的通帶頻率為工頻與各奇次諧波頻率；第四步，利用公式dff = vMf/Vd。，將參考電壓轉化為佔空比進行前饋，從而提高系統的動態響應性能；第五步，配置比例反饋係數以及帶通濾波器的增益。電流環比例反饋係數為L/Ts/Vdc;/2，其中L為逆變器側電感，Ts為開關頻率。諧振控制器的增益根據各次諧波次數而定，隨著諧波次數的升高，諧振控制器的增益逐次減小，以保證諧波次數和諧波增益的乘積小於穩定上限；第六步，測量電網電壓，利用鎖相環使指令電流與電網電壓同步。由於逆變器側電感電流和電網側電感電流存在一定幅值差和相位差，可以根據LCL濾波器側參數進行校正，估算最終所需的電流控制環的參考信號；第七步，將電流控制環的輸出反饋佔空比信號與前饋佔空比信號相加，作為逆變全橋的驅動信號。採用雙極性PWM，獲得控制逆變全橋中各個絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)器件的PWM信號。本發明通過將比例控制器、一系列諧振控制器與前饋控制器結合來調節逆變器側的電感電流，不但使得逆變器的輸出電流控制得到了有效控制，還有效抑制了由LCL濾波器的使用所帶來的諧振，提高了 LCL濾波型逆變器系統的應用價值。
圖1是本發明所適用的逆變器主電路的原理圖；圖2是控制電路核心部分框圖；圖3是本發明所適用的併網逆變器系統的拉普拉斯域傳遞函數模型；圖4(a)是圖3中輸出電流對指令電流的增益波特圖；圖4(b)是圖3中電網電壓對輸出電流的傳遞函數波特圖；圖5是本併網逆變器系統的Z域模型；圖6(a)是最小延時數字控制併網逆變器的離散系統根軌跡6(b)是典型延時數字控制併網逆變器的離散系統根軌跡6(c)是最大延時數字控制併網逆變器的離散系統根軌跡7(a)是併網逆變器滿載時輸出電流和電網電壓的穩態實驗波形圖；圖7(b)是併網逆變器半載時輸出電流和電網電壓的穩態實驗波形圖；圖7(c)是併網逆變器電流指令倍增時輸出電流和電網電壓的動態實驗波形圖；圖7(d)是併網逆變器電流指令減半時輸出電流和電網電壓的動態實驗波形具體實施例方式附圖是本發明的具體實施例；下面結合附圖對本發明的內容作進一步詳細說明參照圖1所示，直流電通過逆變全橋變為交流，其輸出通過逆變器側濾波電感L、濾波電容C和電網側濾波電感Lg電網供電。ιγ和1*8均表示濾波電感的寄生電阻，R是與電容串聯的阻尼電阻。參照圖2所示，用霍爾傳感器測量電網電壓Vg和逆變器側電感電流L作為逆變器的反饋控制信號。採用數位訊號處理器，對系統進行數字控制。由於逆變器側電感電流中含有大量紋波和開關噪音，採用同步採樣法進行濾除。控制電流的採樣時間使之與PWM三角波的峰值同步，就可以實現很好的濾波效果。反饋控制器採用單環控制方法即電感電流的比例+工頻諧振+諧波諧振控制，用於抑制諧振的控制器z域表達式為
權利要求
1.一種基於諧振抑制電流控制型併網逆變器的控制方法，包括電流控制，諧振抑制和鎖相控制，其特徵在於測量LCL濾波器的逆變器側電感電流進行反饋控制以抑制諧振，並使用脈衝寬度調製(PWM)信號作為激勵，同步採集電感電流。採用數位訊號處理器進行同步採樣，將測得逆變器側的電感電流的平均值，可以濾除電感電流中存在的開關噪聲和紋波。對同步採樣得到的逆變器側的電感電流的進行單環反饋控制。
2.如權利要求1所述，一種基於諧振抑制電流控制型併網逆變器的控制方法，其特徵在於採用比例控制器與一系列諧振控制器相結合的方法進行單環控制，諧振控制器的通帶頻率為工頻與各奇次諧波頻率。利用公式dff = vMf/Vd。，將參考電壓轉化為佔空比進行前饋。電流環比例反饋係數配置為L/Ts/Vdc;/2，其中L為逆變器側電感，Ts為開關頻率。諧振控制器的增益根據各次諧波次數而定，隨著諧波次數的升高，諧振控制器的增益逐次減小， 以保證諧波次數和諧波增益的乘積小於穩定上限。
3.根據權利要求1所述，一種基於諧振抑制電流控制型併網逆變器的控制方法，其特徵在於利用鎖相環使指令電流與電網電壓同步。由於逆變器側電感電流和電網側電感電流存在一定幅值差和相位差，可以根據LCL濾波器側參數進行校正，估算最終所需的電流控制環的參考信號。
全文摘要
本發明公開了一種簡單實用的併網逆變器的控制方法，運用同步採樣法測量逆變器的平均電流，將一系列帶通濾波器組合成為線性控制器，結合佔空比前饋對逆變器的輸出電流進行控制，使得在採用LCL濾波器的情況下，避免了阻尼電阻的使用。這種併網逆變器結構簡單可靠，不僅抑制了可能出現的諧振隱患，還能夠達到國際標準的要求。本發明通過使用線性控制器，避免了傳統方法中對輸出電流的諧波分量的測量，使得對輸出電流的畸變得到了有效的抑制。佔空比前饋的結合使用大大提高了逆變器的輸出電流的跟蹤精度和動態響應速度，並且能夠保證系統的穩定性不受影響。這些方法的結合使得LCL濾波器在併網逆變器中的實際應用成為可能，極大地改善了原有併網逆變器系統的穩定性、有效性、可靠性和實用性。
文檔編號H02M1/12GK103023291SQ20121034914
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者張笑天 申請人:張笑天