專利名稱：一種帶有l(wèi)cl濾波器的并網(wǎng)逆變器的電容電流前饋控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器的電容電流前饋控制方法，屬于電 能變換領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)越 來越受到人們的重視，已經(jīng)成為能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。并網(wǎng)逆變器作為發(fā) 電系統(tǒng)與電網(wǎng)連接的核心裝置，直接影響到整個(gè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的性能，近年來逐漸成為國 內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。并網(wǎng)逆變器傳統(tǒng)上采用L濾波器來抑制并網(wǎng)電流中由功率器件通斷引入的高次 諧波，然而，隨著逆變器功率等級(jí)的提高，特別是在中高功率應(yīng)用場(chǎng)合，為降低功率器件的 應(yīng)力和損耗，一般選取較低的開關(guān)頻率，致使網(wǎng)側(cè)電流中的諧波含量增加。要使并網(wǎng)電流 滿足同樣的諧波標(biāo)準(zhǔn)將需要一個(gè)較大的電感值。電感值的增加不僅會(huì)使網(wǎng)側(cè)電流變化率下 降，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能降低，還會(huì)帶來體積過大、成本過高等一系列問題。針對(duì)上述問題，用LCL 濾波器代替L濾波器成為一種有效的解決方案。LCL濾波器的阻抗值與流過的電流頻率成 反比，頻率越高，阻抗越小，因此對(duì)電流高次諧波有更強(qiáng)的抑制能力。為此，在相同的諧波標(biāo) 準(zhǔn)下LCL濾波器的應(yīng)用可以降低總的電感取值，在大中功率應(yīng)用場(chǎng)合，其優(yōu)勢(shì)尤為明顯。但 是，LCL濾波器是一個(gè)三階多變量系統(tǒng)，給控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。帶LCL輸出濾波器的三相電壓型并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如

圖1所示，由直流回路、功 率開關(guān)橋路和交流回路組成。直流回路包括等效直流電源和直流側(cè)濾波電容Cd。；功率開關(guān) 橋路由采用全控器件的三相半橋構(gòu)成；交流回路通過LCL輸出濾波器與三相電網(wǎng)相連，LCL 濾波器由逆變器側(cè)電感Llk、網(wǎng)側(cè)電感L2k和濾波電容Ck組成，其中k = a、b、c。假定電網(wǎng)為星形連接并且三相電壓對(duì)稱，濾波電感是線性的，不考慮磁芯飽和，視 主電路開關(guān)元器件為理想開關(guān)元件。忽略電路中的寄生電阻，由基爾霍夫電壓、電流定律可 以得到功率回路方程為
權(quán)利要求
1.一種帶有LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器的電容電流前饋控制方法，其特征在于，該方法 包括以下步驟步驟一、采集三相電網(wǎng)電壓，采用三相到兩相的坐標(biāo)變換將所述三相電網(wǎng)電壓變換為 兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓分量；進(jìn)而獲取電網(wǎng)電壓矢量角θ ；步驟二、采集逆變器三相輸出電流，采用三相到兩相的坐標(biāo)變換將所述逆變器三相輸 出電流變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的電流分量；再按照步驟一獲取的電網(wǎng)電壓矢量角θ將 兩相電流分量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，變換為兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的逆變器側(cè)電流的直流分星 ild、 Ilq ；步驟三、采集三相濾波電容電流，采用三相到兩相的坐標(biāo)變換將所述三相濾波電容電 流變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的電流分量；再按照步驟一獲取的電網(wǎng)電壓矢量角θ將兩相 電流分量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，變換為兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的濾波電容電流的直流分量led、Icq >步驟四、設(shè)置逆變器輸出電流的在dq坐標(biāo)系下的直流分量的給定值為。Jlq，且 Ilq = 0，將進(jìn)行‘+/；-/^處理后的信號(hào)進(jìn)行比例-積分調(diào)節(jié)，其輸出作為逆變器輸出電壓的q軸直流電壓分量U,，將進(jìn)行(d處理后的信號(hào)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，其輸出作為逆變器輸出電壓的d軸直流電壓分量Ud ；步驟五、將步驟四獲取的Ud、U(1按照步驟一獲取的電網(wǎng)電壓矢量角θ進(jìn)行兩相旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的逆變換，輸出逆變器輸出電壓在兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓分量 Ua、U0，將Ua和110進(jìn)行脈寬調(diào)制獲得六路開關(guān)信號(hào)，用于控制三相逆變器的六個(gè)開關(guān)管， 來完成對(duì)并網(wǎng)逆變器的電容電流前饋控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器的電容電流前饋控制方 法，其特征在于，帶有LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括直流源、直流側(cè)濾波電容 Cd。、三相全橋逆變電路、LCL濾波器，直流側(cè)濾波電容Cd。并聯(lián)在直流源的兩端，直流源的兩 個(gè)電源輸出端分別與三相全橋逆變電路的兩個(gè)輸入端相連，三相全橋逆變電路的三相輸出 端與LCL濾波器的三相輸入端一一對(duì)應(yīng)相連，LCL濾波器的三相輸出端分別與三相電網(wǎng)相 連，三相全橋逆變電路由功率開關(guān)管S1 &構(gòu)成；LCL濾波器由逆變器側(cè)電感Llk、網(wǎng)側(cè)電感L2k和濾波電容Ck組成，其中k = a，b，c。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器的電容電流前饋控制方 法，其特征在于，步驟一中電網(wǎng)電壓矢量角θ的獲取過程為步驟11、采集三相電網(wǎng)電壓ea、eb和ec,步驟12、對(duì)步驟11采集的三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行三相到兩相的坐標(biāo)變換，按下述公式將三 相電網(wǎng)電壓變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓分量ea和4 步驟13、根據(jù)下述公式獲取電網(wǎng)電壓矢量角θ
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器的電容電流前饋控制方 法，其特征在于，步驟二中獲取逆變器側(cè)電流的直流分量ild、ilq的過程為 步驟21、采集逆變器三相輸出電流ila、ilb和ilc，步驟22、三相到兩相的坐標(biāo)變換，將逆變器三相輸出電流變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的 電流分量ila和iie，按照步驟一獲取的電網(wǎng)電壓矢量角θ將兩相電流分量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 變換，將ila、iie變換為兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的逆變器側(cè)電流的直流分量ild、i1(1，具體按 下述公式完成變換
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器的電容電流前饋控制方 法，其特征在于，步驟三中獲取濾波電容電流的直流分量i。d、icq的過程為 步驟31、采集三相濾波電容電流ica、icb和icc，步驟32、進(jìn)行坐標(biāo)變換采用三相到兩相的坐標(biāo)變換將所述三相濾波電容電流變換為 兩相靜止坐標(biāo)系下的電流分量i。a、i。e ；再按照步驟一獲取的電網(wǎng)電壓矢量角θ將兩相電 流分量i。a、i。e進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，變換為兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的濾波電容電流的直流 ，具體按下述公式完成變換
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器的電容電流前饋控制方 法，其特征在于，步驟四中獲取逆變器輸出電壓的d軸直流電壓分量Ud的過程為步驟如1、設(shè)置逆變器輸出電流的在dq坐標(biāo)系下的d軸直流分量的給定值為;步驟如2、濾波電容 電流的d軸直流分量i。d與給定的d軸直流分量的給定值相加，獲取調(diào)整后d軸直流分量的給定值 步驟如3、調(diào)整后d軸直流分量的給定值Zw ^減去逆變器側(cè)電流的d軸直流分量ild后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，獲取逆變器輸出電壓的d軸直流電壓分量Ud ；步驟四中獲取逆變器輸出電壓的q軸直流電壓分量U,的過程為步驟4bl、設(shè)置逆變器輸出電流的在dq坐標(biāo)系下的q軸直流分量的給定值為‘； 步驟4b2、濾波電容電流的q軸直流分量i。q與給定的‘相加，獲取調(diào)整后q軸直流分量的給定值‘‘；步驟4b3、調(diào)整后q軸直流分量的給定值‘ ^減去逆變器側(cè)電流的q軸直流分量i1(1后 進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，獲取逆變器輸出電壓的q軸直流電壓分量U,。
全文摘要
一種帶有LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器的電容電流前饋控制方法，屬于電能變換領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)在采用LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器技術(shù)存在穩(wěn)定性差和因網(wǎng)側(cè)電壓、電流存在相位差使系統(tǒng)效率降低的問題。本發(fā)明方法一、采集三相電網(wǎng)電壓，獲取電網(wǎng)電壓矢量角θ；二、采集逆變器三相輸出電流，獲取逆變器側(cè)電流的直流分量i1d、i1q；三、采集三相濾波電容電流，獲取濾波電容電流的直流分量icd、icq；四、設(shè)置逆變器輸出電流的給定值為處理后信號(hào)PI調(diào)節(jié)，輸出uq，處理后信號(hào)PI調(diào)節(jié)，輸出ud；五、將ud、uq逆變換為uα、uβ，將uα和uβ進(jìn)行脈寬調(diào)制獲得六路開關(guān)信號(hào)，用于控制三相逆變器的六個(gè)開關(guān)管，來完成對(duì)并網(wǎng)逆變器的電容電流前饋控制。
文檔編號(hào)H02M1/12GK102075108SQ20111002269
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者俞雁飛, 吳鳳江, 孫力, 彭浩榮, 王要強(qiáng), 趙克 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)