[发明专利]采用电压微分补偿的并网逆变器电流控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及并网逆变器控制方法，尤其是采用电压微分补偿的并网逆变器电流控制方法。

背景技术

具有并网发电运行功能的逆变电源，其电路如图1(a)、(b)所示，通常包括基于高频开关的PWM(脉冲宽度调制)控制逆变器、用于逆变并网连接运行的LCL低通滤波器、用于电流检测的电流变送器以及用于逆变器并网运行的含电流误差计算和误差信号比例积分调节器的电流控制环，逆变器在并网运行时为输出电流控制，以保证电流为严格的正弦波并具有较高的发电功率因数。传统的电流控制方法大都以LCL低通滤波器的逆变侧电感电流(即逆变输出电流)或电网侧电感电流(电网电流)为反馈信号，采用比例积分等方式对误差信号作调节并控制逆变器的运行。由于LCL结构的滤波器使控制对象为三阶系统，如果滤波器不加阻尼或阻尼不足，在滤波器转折频率附近存在很大的增益尖峰，为保证系统稳定，比例积分调节器的增益受到限制，取值较小，从而使系统在低频段的开环增益较小，限制了系统对输出电流稳态误差和谐波的抑制能力；如果滤波器加入足够的阻尼，流经阻尼电阻的电流，尤其是高频纹波电流，将在阻尼电阻上产生较大的功率损耗，不仅降低了并网逆变器的发电效率，还会引起散热问题，并且这种方法还会造成滤波器对逆变器高频开关引起的纹波电流抑制能力降低，电网电流中开关纹波电流增大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在满足系统稳定和较大的比例积分调节器的增益的控制要求下，减小滤波器的阻尼电阻及其损耗的采用电压微分补偿的并网逆变器电流控制方法，从而在获得较小的输出电流稳态幅值和相位误差，限制电网电流波形失真度和谐波含量的基础上，获得较高的并网逆变效率并维持LCL滤波器对逆变输出开关频率纹波电流的抑制能力。

本发明的采用电压微分补偿的并网逆变器电流控制方法，包括基于高频开关的脉冲宽度调制控制逆变器、用于逆变并网连接的LCL滤波器、用于电流检测的电流变送器、用于电压检测的电压变送器和RC微分电路、用于逆变器并网运行电流反馈控制的含电流误差计算、误差信号比例积分调节器和脉宽调制发生器的电流控制环，其特征在于LCL滤波器是由逆变侧电感、旁路电容和串联阻尼电阻以及电网侧电感组成的T型电路，利用电流变送器检测电网侧电感的电流得到电网电流信号，利用电压变送器检测LCL滤波器的电容支路电压得到电压信号，该电压信号经由RC微分电路得到电流补偿信号，将此电流补偿信号与电网电流信号相加后得到的信号作为电流反馈信号，通过电流控制环实现并网逆变器电流控制，其中电流变送器的变比设置为控制给定信号与期望的逆变器输出电流的幅值之比，电压变送器的变比设置为LCL滤波器的逆变侧电感的电感量相对于该滤波器总电感量的比值、该滤波器阻尼电阻的电导与电流变送器的变比三者相乘的积，并设置RC微分电路的RC时间常数等于LCL滤波器的电容量与串联阻尼电阻阻值相乘的积。

本发明采用电压微分补偿的并网逆变器电流控制方法使得控制对象近似地由原本的三阶系统改造为一阶系统，可实现并网逆变器的稳定输出和逆变输出电流的高性能控制。试验表明，在5kW功率的电源系统中，电网电压失真度超过5％运行条件下，并网输出电流的失真度小于3％，功率因数大于0.99。

本发明的控制方法简单可行，相比于传统的控制方法，不需要增加电流变送器和其它额外的控制环路，只需要增加一个电压变送器和RC微分电路，在传统电网电流反馈中加入电压微分补偿信号即可，而滤波器的阻尼电阻及其损耗可显著减小。在设计电流控制环时，仍可采用传统的比例积分(PI)调节，但由于本发明对系统控制电流反馈信号的改造，即使在滤波器阻尼很小的条件下，也使得控制对象的特性近似于单电感滤波的一阶系统，可方便地设计和采用比例积分控制，在保证系统稳定的同时可以采用较高的PI增益，从而获得稳定的输出、较小的稳态误差以及较好的动态响应特性。采用该项技术可以使并网发电系统的输出电流波形失真度较低、开关纹波小，并最终使并网系统获得较高的功率因数、良好的输出电流波形和较小的滤波器阻尼电阻损耗。

本发明适用于以MOSFET、IGBT等半导体器件为功率开关，采用各种形式PWM控制的并网运行逆变电源，用于太阳能、风力、燃料电池发电等各种并网电源系统。

附图说明

图1(a)是传统的采用逆变输出电流为反馈控制信号的并网逆变器电路图；

图1(b)是传统的采用电网电流为反馈控制信号的并网逆变器电路图；

图2是采用本发明方法的并网逆变器的一种具体电路图例；