專利名稱：三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于基于大功率太陽(yáng)能逆變控制系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種三相獨(dú)立控制的并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源和環(huán)境問(wèn)題日顯突出。為了實(shí)現(xiàn)能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，各國(guó)都加大了對(duì)新能源的投入。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。同時(shí)隨 著電力電子裝置的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，他們的存在使電能得到有效利用，但其自身所具有的非線性也使得電網(wǎng)的電流和電壓發(fā)生畸變，給電網(wǎng)中其他設(shè)備及電網(wǎng)本身的安全運(yùn)行帶來(lái)不利的影響。因此，抑制電網(wǎng)中的諧波、提高裝置的功率因素已成為電力電子、電氣自動(dòng)化技術(shù)及電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨的一個(gè)重大課題，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。高科技產(chǎn)品的日新月異，對(duì)新技術(shù)的發(fā)展及節(jié)能環(huán)保提出更高的要求。傳統(tǒng)的獨(dú)立控制三相逆變控制系統(tǒng)采用的鎖相使用的是過(guò)零比較的方法，根據(jù)跟蹤源與輸出電壓之間的相位差，微調(diào)PWM調(diào)制正弦波的查表步長(zhǎng)，減小兩者之間的相位差，對(duì)相位進(jìn)行鎖定。通過(guò)改變輸出周期的方式來(lái)調(diào)整相位，最后使得輸出與市電的波形同步同相位達(dá)到鎖相的目的。這種鎖相的精度不高，開(kāi)關(guān)頻率越高精度越差。而一般的DQ鎖相是結(jié)合空間矢量控制的控制方法和SVPWM在三相逆變系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，將DQ鎖相應(yīng)用于耦合的三相逆變系統(tǒng)中，使用的是空間矢量變換的控制方式，根據(jù)運(yùn)算給出參考電流的D軸和Q軸分量，作為電流環(huán)的輸入進(jìn)行控制?？刂普{(diào)制方法相對(duì)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明則提供一種三相獨(dú)立控制的帶變壓器并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，三相獨(dú)立的電流電壓環(huán)雙環(huán)PI控制、前饋控制保證逆變器正常輸出設(shè)定的功率值；應(yīng)用于該三相獨(dú)立控制的DQ鎖相保證輸出電流與電網(wǎng)同頻同相。本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，包括逆變器，濾波器，變壓器，DQ鎖相控制裝置，三相獨(dú)立的電壓電流雙環(huán)PI控制模塊，前饋控制模塊，三相DQ鎖相與三相獨(dú)立控制結(jié)合模塊，SPWM調(diào)制器；所述DQ鎖相控制裝置基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換和反饋控制策略完成閉環(huán)鎖相；所述三相獨(dú)立的電壓電流雙環(huán)PI控制模塊，電壓環(huán)采用輸入電壓與參考電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，誤差信號(hào)進(jìn)行PI控制輸出后作為電流環(huán)基準(zhǔn)進(jìn)行PI控制；所述三相DQ鎖相與三相獨(dú)立控制結(jié)合模塊，用于將DQ鎖住的三相應(yīng)用于電流環(huán)的PI控制中作為電流環(huán)的參考；所述逆變器與濾波器及SPWM調(diào)制器電連接，濾波器與變壓器電連接，DQ鎖相與變壓器及三相獨(dú)立的電壓電流雙環(huán)PI控制模塊電連接，前饋控制模塊與三相獨(dú)立的電壓電流雙環(huán)PI控制模塊與SPWM調(diào)制器電連接。進(jìn)一步的所述三相獨(dú)立控制的電壓電流雙環(huán)PI控制模塊，電壓環(huán)用來(lái)跟蹤輸入電壓，由MPPT的輸出作為電壓環(huán)的反饋輸入，PV電壓作為參考電壓經(jīng)過(guò)PI控制輸出，通過(guò)電壓環(huán)的輸出乘上由 三相DQ鎖相方法得出的相位角度作為電流環(huán)給定的相位，進(jìn)行電流和電壓的PI控制。進(jìn)一步的所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述三相DQ鎖相與三相獨(dú)立控制的結(jié)合模塊,通過(guò)DQ鎖相控制方式鎖住三相系統(tǒng)中的a相，加上ba、ca相之間的角度差分別為120度和240度，得到b、c相的相位，同時(shí)三相均加入變壓器的角度30度，應(yīng)用于電流環(huán)的PI控制中作為電流環(huán)的參考。進(jìn)一步的所述前饋控制模塊，把市電的有效值和單相DQ鎖相的角度結(jié)合代替市電生成新的前饋信號(hào)。其中三相獨(dú)立的電壓電流雙環(huán)PI控制模塊包括電壓環(huán)PI控制和電流環(huán)控制。本發(fā)明的控制過(guò)程為三相DQ鎖相是基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換和反饋控制策略的閉環(huán)鎖相技術(shù)。三相獨(dú)立的電流電壓雙環(huán)PI控制，電壓環(huán)用來(lái)跟蹤輸入電壓，由MPPT的輸出作為電壓環(huán)的反饋輸入，PV電壓作為參考電壓經(jīng)過(guò)PI控制輸出，通過(guò)電壓環(huán)的輸出乘上由三相DQ鎖相方法得出的相位角度作為電流環(huán)給定的相位，進(jìn)行電流和電壓的PI控制。三相DQ鎖相與三相獨(dú)立控制的結(jié)合，其特征在于，通過(guò)DQ鎖相控制方式鎖住三相中的a相，加上ba、ca相之間的角度差分別為120度和240度，得到b、c相的相位，同時(shí)三相均加入變壓器的角度30度，三相獨(dú)立應(yīng)用于電流環(huán)的三相PI控制中作為電流環(huán)的參考。前饋控制，把市電的有效值和三相DQ鎖相的角度結(jié)合代替市電生成新的前饋信號(hào)。能夠減少市電本身的干擾引起輸出不穩(wěn)定。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制方式可應(yīng)用于單相逆變并網(wǎng)控制系統(tǒng)中。本發(fā)明還提供一種三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制方法，所述控制方法具體控制步驟如下步驟I :DQ鎖相基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換的三相系統(tǒng)閉環(huán)鎖相，得出市電相角與鎖相角之間的誤差彳目息；步驟2 電壓環(huán)采用輸入電壓與參考電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，得出的誤差信號(hào)進(jìn)行PI控制輸出后作為電流環(huán)基準(zhǔn)進(jìn)行PI控制；步驟3 :將市電的有效值和單相DQ鎖相的角度結(jié)合代替市電生成新的前饋信號(hào)；步驟4 :電流環(huán)控制的輸出加上前饋控制的量作為最終的輸出量作為SPWM調(diào)制的調(diào)制信號(hào)，輸出驅(qū)動(dòng)逆變器，使整個(gè)三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)運(yùn)行。進(jìn)一步的所述步驟2中電壓環(huán)用來(lái)跟蹤輸入電壓，由MPPT的輸出作為電壓環(huán)的反饋輸入，PV電壓作為參考電壓經(jīng)過(guò)PI控制輸出，通過(guò)電壓環(huán)的輸出乘上由三相DQ鎖相方法得出的相位角度作為電流環(huán)給定的相位，進(jìn)行電流和電壓的PI控制。進(jìn)一步的所述步驟4中輸出驅(qū)動(dòng)逆變器具體為驅(qū)動(dòng)逆變器的功率管。進(jìn)一步的所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制方法可應(yīng)用于單相逆變并網(wǎng)控制。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明三相獨(dú)立控制的帶變壓器并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)采用三相DQ鎖相應(yīng)用于獨(dú)立控制的三相并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)中，相比傳統(tǒng)的鎖相方式明顯的提高了鎖相精度，功率越大、開(kāi)關(guān)頻率越低的情況下優(yōu)勢(shì)更顯著。而且結(jié)合三相獨(dú)立的電壓電流環(huán)的PI控制簡(jiǎn)化了 DQ變換的控制調(diào)制方式，保證逆變器正常輸出設(shè)定的功率值及輸出電流與電網(wǎng)同頻同相。


圖I是所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)框圖。圖2是所述三相獨(dú)立控制DQ鎖相控制框圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖I、附圖2對(duì)本三相獨(dú)立控制的帶變壓器并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。建立三相帶變壓器并網(wǎng)逆變系統(tǒng)模型 本發(fā)明提供的一種三相獨(dú)立控制的帶變壓器并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)是基于圖I所述的三相帶變壓器并網(wǎng)逆變系統(tǒng)模型之上的。由PV輸入1，逆變器2，濾波器3，變壓器4組成，輸出直接并網(wǎng)。DQ鎖相環(huán)和三相獨(dú)立控制的結(jié)合第一步，DQ鎖相基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換的三相系統(tǒng)閉環(huán)鎖相。如圖2所述，三相市電先經(jīng)abc-a ^坐標(biāo)變換得到復(fù)平面上的向量^和、，然后利用鎖相角0P的正、余弦量經(jīng)過(guò)a P _dq坐標(biāo)變換,得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的向量Vd和Vq,由于旋轉(zhuǎn)向量Vq因含有市電相位角和鎖相角之間的誤差信息，因此Vq經(jīng)控制器C (S)后得到頻率調(diào)節(jié)量《。，然后與標(biāo)稱頻率Qtl疊加積分得到鎖相角0P。標(biāo)稱頻率Qtl作為前饋控制量其作用是提高調(diào)節(jié)速率，縮小控制調(diào)節(jié)量的變換范圍。三項(xiàng)市電的相電壓可表示為
Vfli =I cos"
2I VbN = Um COS(0--7T)
2
=^BCOS(^ + -^)
13( I )三項(xiàng)相電壓由abc靜止坐標(biāo)系到a ^復(fù)平面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為
w 2卜-i -I Im
L 2 2 ]L'』V」(2)a ^復(fù)平面坐標(biāo)系再到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)變換關(guān)系為
VrfI [ cos & sin^ ITva= . an
Lv9J L_sm4 cos4」Lv/d(”其中，上式(3)中的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換用到的0P市電鎖相角。將(1)，⑵代入(3)，可以計(jì)算出同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓分量為KI TJ rcos(^-^)i=Um
LM LS1H)」(4)從(4)式可以看出，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓分量可以反映出市電真是相位角和鎖相角之間的誤差信息，因此，通過(guò)求取旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的向量^和V,，就可以得出市電相角與鎖相角之間的誤差彳目息。第二步，DQ鎖相5得到的a相的角度0，因?yàn)槿嘞到y(tǒng)的對(duì)稱性，三相電流振幅相等，且相位互差120°。同時(shí)加上變壓器角度30°。故經(jīng)過(guò)角度變換得到b、c相與a相的關(guān)系0a=0p+3O。 0 b= 0 a+120°0 c= 0 a+240°電壓環(huán)控制6用來(lái)跟蹤輸入電壓，由MPPT的輸出作為電壓環(huán)的反饋輸入，PV電壓作為參考電壓經(jīng)過(guò)PI控制，電壓環(huán)的輸出作為電流環(huán)控制7給定幅值的參考，乘上鎖相得至IJ相角ea、eb、0。的余弦值。作為三相獨(dú)立控制電流環(huán)7的實(shí)時(shí)給定1#、4^1。^，然后再經(jīng)過(guò)電流環(huán)的Pi控制。第三步，前饋控制8，把市電的有效值和單相DQ鎖相的角度結(jié)合代替市電生成新的前饋信號(hào)，能夠很好的預(yù)防市電的干擾。市電的有效值U S，PV電壓則三相獨(dú)立控制的前
饋量
Uaforward、^bforward ^ ^cforward 分別為Uaforward=UrmsCOS ( 9 a) /UdcUbforward=UrmsCOS ( 9 b) /Udc
Ucforward=UrmsCos ( 9 c) /Udc第四步，電流環(huán)控制的輸出加上前饋控制的量作為最終的輸出量作為SPWM調(diào)制的調(diào)制信號(hào)，輸出驅(qū)動(dòng)逆變器2的功率管，使整個(gè)三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)運(yùn)行。本發(fā)明的三相獨(dú)立控制的帶變壓器并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)適用于三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，DQ鎖相與三相獨(dú)立控制相結(jié)合能夠很好的實(shí)現(xiàn)大功率、低頻率下的鎖相，并且精度高，電壓電流雙環(huán)控制方式簡(jiǎn)單。加入有效值的前饋控制能夠減少電網(wǎng)擾動(dòng)引起的干擾。整個(gè)控制系統(tǒng)本發(fā)明能夠保證逆變器輸出設(shè)定的功率值同時(shí)保證輸出電流與電網(wǎng)同頻同相。以上具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書(shū)中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)包括逆變器，濾波器，變壓器，DQ鎖相控制裝置，三相獨(dú)立的電壓電流雙環(huán)PI控制模塊，前饋控制模塊，三相DQ鎖相與三相獨(dú)立控制結(jié)合模塊，SPWM調(diào)制器； 所述DQ鎖相控制裝置基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換和反饋控制策略完成閉環(huán)鎖相； 所述三相獨(dú)立的電壓電流雙環(huán)PI控制模塊，電壓環(huán)采用輸入電壓與參考電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，誤差信號(hào)進(jìn)行PI控制輸出后作為電流環(huán)基準(zhǔn)進(jìn)行PI控制； 所述三相DQ鎖相與三相獨(dú)立控制結(jié)合模塊，用于將DQ鎖住的三相應(yīng)用于電流環(huán)的PI控制中作為電流環(huán)的參考； 所述逆變器與濾波器及SPWM調(diào)制器電連接，濾波器與變壓器電連接，DQ鎖相與變壓器及三相獨(dú)立的電壓電流雙環(huán)PI控制模塊電連接，前饋控制模塊與三相獨(dú)立的電壓電流雙環(huán)PI控制模塊與SPWM調(diào)制器電連接。
2.如權(quán)利要求I所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述三相獨(dú)立控制的電壓電流雙環(huán)PI控制模塊，電壓環(huán)用來(lái)跟蹤輸入電壓，由MPPT的輸出作為電壓環(huán)的反饋輸入，PV電壓作為參考電壓經(jīng)過(guò)PI控制輸出，通過(guò)電壓環(huán)的輸出乘上由三相DQ鎖相方法得出的相位角度作為電流環(huán)給定的相位，進(jìn)行電流和電壓的PI控制。
3.如權(quán)利要求I所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述三相DQ鎖相與三相獨(dú)立控制的結(jié)合模塊，通過(guò)DQ鎖相控制方式鎖住三相系統(tǒng)中的a相，加上ba、ca相之間的角度差分別為120度和240度，得到b、c相的相位，同時(shí)三相均加入變壓器的角度30度，應(yīng)用于電流環(huán)的PI控制中作為電流環(huán)的參考。
4.如權(quán)利要求I所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述前饋控制模塊，把市電的有效值和單相DQ鎖相的角度結(jié)合代替市電生成新的前饋信號(hào)。
5.如權(quán)利要求I所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，其特征在于，所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)可應(yīng)用于單相逆變并網(wǎng)控制系統(tǒng)。
6.一種三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制方法，其特征在于，所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制方法，包括如下步驟 步驟I :DQ鎖相基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換的三相系統(tǒng)閉環(huán)鎖相，得出市電相角與鎖相角之間的誤差 目息； 步驟2 :電壓環(huán)采用輸入電壓與參考電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，得出的誤差信號(hào)進(jìn)行PI控制輸出后作為電流環(huán)基準(zhǔn)進(jìn)行PI控制； 步驟3 :將市電的有效值和單相DQ鎖相的角度結(jié)合代替市電生成新的前饋信號(hào)； 步驟4 :電流環(huán)控制的輸出加上前饋控制的量作為最終的輸出量作為SPWM調(diào)制的調(diào)制信號(hào)，輸出驅(qū)動(dòng)逆變器，使整個(gè)三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)運(yùn)行。
7.如權(quán)利要求6所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制方法，其特征在于，所述步驟2中電壓環(huán)用來(lái)跟蹤輸入電壓，由MPPT的輸出作為電壓環(huán)的反饋輸入，PV電壓作為參考電壓經(jīng)過(guò)PI控制輸出，通過(guò)電壓環(huán)的輸出乘上由三相DQ鎖相方法得出的相位角度作為電流環(huán)給定的相位，進(jìn)行電流和電壓的PI控制。
8.如權(quán)利要求6所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制方法，其特征在于，所述步驟4中輸出驅(qū)動(dòng)逆變器具體為驅(qū)動(dòng)逆變器的功率管。
9.如權(quán)利要求6所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制方法，其特征在于，所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制方法可應(yīng) 用于單相逆變并網(wǎng)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)及控制方法，所述三相獨(dú)立控制并網(wǎng)逆變控制方法，包括如下步驟步驟1DQ鎖相基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換的三相系統(tǒng)閉環(huán)鎖相，得出市電相角與鎖相角之間的誤差信息；步驟2電壓環(huán)采用輸入電壓與參考電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，得出的誤差信號(hào)進(jìn)行PI控制輸出后作為電流環(huán)基準(zhǔn)進(jìn)行PI控制；步驟3將市電的有效值和單相DQ鎖相的角度結(jié)合代替市電生成新的前饋信號(hào)；步驟4電流環(huán)控制的輸出加上前饋控制的量作為最終的輸出量作為SPWM調(diào)制的調(diào)制信號(hào)，輸出驅(qū)動(dòng)逆變器，使整個(gè)三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02J3/40GK102709951SQ20121016695
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月26日
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