[发明专利]一种三相双模式逆变器的稳态控制方法

摘要

本发明公开了一种三相双模式逆变器的稳态控制方法，离网模式稳态控制由外环功率下垂控制、电压前馈的准谐振控制以及电流内环无差拍控制构成，加快了逆变器的响应速度，抑制了微电网负荷波动的影响；并网模式稳态控制在离网模式稳态控制的基础上，通过引入相位超前控制到功率下垂控制环节中，使得逆变器的输出电压始终略超前于电网电压，避免了逆变器因相位误差造成的能量倒灌现象，实现了并网模式下的稳定可靠运行。本发明可广泛应用在微电网控制系统中，尤其适合大功率微电网系统。

主权项

一种三相双模式逆变器的稳态控制方法，适用于微电网双模式逆变器并联系统，所述微电网双模式逆变器并联系统包括多个双模式逆变器、并/离网开关、三相电网和逆变控制电路；所述双模式逆变器包括直流储能电容、三相逆变电路、逆变控制电路、LC滤波电路，所述直流储能电容、三相逆变电路、LC滤波电路依次连接，所述LC滤波电路与线路阻抗连接，所述线路阻抗通过交流母线与并/离网开关连接，所述并/离网开关接入三相电网；所述逆变控制电路包括采样调理电路、锁相环电路、控制器、驱动保护电路；所述采样调理电路输入端与所述LC滤波电路连接；所述控制器与所述驱动保护电路输入端、采样调理电路输出端、锁相环电路输出端连接；所述锁相环电路输入端与所述交流母线连接；其特征在于，该方法包括离网模式稳态控制方法和并网模式稳态控制方法；所述离网模式稳态控制方法为：1)在每个采样周期的起始点，采样调理电路对三相电网电压u_sa、直流储能电容电压u_dc、LC滤波电路电容电压u_oa、u_ob、u_oc、线路电流i_oa、i_ob、i_oc、入网电流i_sa、i_sb、i_sc分别进行采样，然后将采样数据送给控制器进行处理，计算各采样值的有效值，并将LC滤波电路电容电压u_oa、u_ob、u_oc和线路电流i_oa、i_ob、i_oc分别转换为在αβ坐标下的LC滤波电路电容电压u_oα、u_oβ和线路电流i_oα、i_oβ；2)将LC滤波电路电容电压u_oa、u_ob、u_oc与线路电流i_oa、i_ob、i_oc分别相乘，得到双模式逆变器的有功功率P和无功功率Q；3)对双模式逆变器输出电压幅值参考值U^*、角频率参考值ω^*、有功功率参考值P^*、无功功率参考值Q^*，以及上述有功功率平P、无功功率Q进行下垂控制运算，得到双模式逆变器的输出电压幅值U_o和角频率ω_o；其中，并网模式下，ω^*、U^*为电网电压角频率和幅值的实时值，根据电网电压的变化而变化；离网模式下，ω^*、U^*为设定值；4)由双模式逆变器输出电压有效值U_o、角频率ω_o，以及电压输出相位，合成αβ坐标下的参考电压u_refα、u_refβ，其中t为采样时间：5)将u_refα、u_refβ分别减去u_oα与反馈系数k_U的乘积、u_oβ与反馈系数k_U的乘积，得到的差值作为准谐振QPR控制器的输入；其中反馈系数k_U的取值范围为0.1～2；6)引入参考电压前馈环节k_F·u_refα^*、k_F·u_refβ^*，将k_F·u_refα^*、k_F·u_refβ^*与准谐振QPR控制器的输出相加，得到线路电流的参考值i_refα、i_refβ；其中k_F为电压前馈系数，取值范围为0.01～5；7)对线路电流参考值i_refα、i_refβ，LC滤波电路电容电压u_oα、u_oβ，直流储能电容电压u_dc进行电流无差拍控制，得到三相逆变电路开关管控制量d_α、d_β：$\left\{\begin{array}{c}{d}_{\mathrm{\&alpha;}}=\frac{2K}{u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)}\&CenterDot;(L_f\&CenterDot;\frac{i_{\mathrm{o\&alpha;}}^{*}(k+1)-i_{\mathrm{o\&alpha;}}\left(k\right)}{T_c}+u_{\mathrm{o\&alpha;}}\left(k\right))\\ d_{\mathrm{\&beta;}}=\frac{2K}{u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)}\&CenterDot;(L_f\&CenterDot;\frac{i_{\mathrm{o\&beta;}}^{*}(k+1)-i_{\mathrm{o\&beta;}}\left(k\right)}{T_c}+u_{\mathrm{o\&beta;}}\left(k\right))\end{array}\right.;$其中，K为控制量常数，取值范围0<K<1，L_f为LC滤波电路电感值，T_c为PWM载波周期；u_dc(k)为k时刻采样的双模式逆变器直流侧电压，u_oα(k)、u_oβ(k)为k时刻的αβ坐标下的LC滤波电路电容电压，i_oα(k)、i_oβ(k)为k时刻αβ坐标下线路电流，为k+1时刻αβ坐标下的线路电流的预测参考值；8)对d_α、d_β进行坐标变化，得到稳态控制时abc坐标下的三相逆变电路开关管控制量d_a、d_b、d_c；9)将d_a、d_b、d_c与三角载波进行双极性调制，得到三相逆变电路开关管的占空比信号，经驱动保护电路，控制三相逆变电路开关管的开通与关断；所述并网模式稳态控制方法为：将上述离网模式稳态控制方法步骤4)中的电压输出相位调整为然后根据上述步骤1)～步骤9)的方法控制三相逆变电路开关管的开通与关断；其中，表示锁相环电路检测到的三相电网电压相位，δ＝δ₀^±△δ，δ₀取值范围为0.0001～0.15；△δ为相位补偿参数，$\mathrm{\&Delta;\&delta;}=\arctan \frac{I_{o1}{X}^{\&prime;}+I_{s1}{X}^{\&prime;\&prime;}}{U_o+I_{o1}{R}^{\&prime;}+I_{s1}{R}^{\&prime;\&prime;}}-\arctan \frac{I_{o2}{X}^{\&prime;}+I_{s2}{X}^{\&prime;\&prime;}}{U_o+I_{o2}{R}^{\&prime;}+I_{s2}{R}^{\&prime;\&prime;}};$其中，I_o1、I_s1分别为功率变化后双模式逆变器的输出电流有效值和入网电流有效值，I_o2、I_s2为功率变化前双模式逆变器的输出电流有效值和入网电流有效值，R'、X'分别为双模式逆变器到交流母线的线路阻抗和感抗，R"、X"分别为本地负载到交流母线的线路阻抗和感抗。