基于正序分量的三相逆變器控制方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于正序分量的三相逆變器控制方法和裝置，要解決的技術問題是提高電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障時逆變器的供電質(zhì)量。本發(fā)明的方法包括：提取三相電壓正序分量，轉(zhuǎn)換為標幺值，將標幺值與功率參考值進行運算，得到d軸電流參考值和q軸電流參考值，將逆變器的輸出電流經(jīng)過派克變換后與電流參考值進行比較得到差值，經(jīng)比例積分控制，再經(jīng)派克反變換，形成三相調(diào)制波波形。本發(fā)明的裝置,設有派克變換和反變換單元,正弦脈寬調(diào)制，正序分量提取單元、標幺值單元和恒功率控制單元。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，消除了在不對稱故障情況下負序電壓對逆變器輸出特性的不利影響，簡化了控制方法，提高了響應速度，提高了不對稱故障時逆變器的供電質(zhì)量。
【專利說明】基于正序分量的三相逆變器控制方法和裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種逆變器的控制方法，特別是一種三相逆變器的控制方法。

【背景技術】
[0002] 隨著分布式電源越來越廣泛的并入電網(wǎng)，并網(wǎng)分布式電源的逆變器的控制方法日 益受到人們的重視?，F(xiàn)有技術的三相逆變器控制方法采用雙環(huán)比例積分PI控制，其外環(huán)根 據(jù)實際需要控制逆變器直流側(cè)電壓、交流側(cè)電壓或輸出功率等輸出特性并向內(nèi)環(huán)提供電流 參考信號，內(nèi)環(huán)控制器主要進行精細的調(diào)節(jié)，用于提高逆變器輸出的電能質(zhì)量，一般動態(tài)響 應較快。在外環(huán)的各種控制目標中，維持逆變器輸出有功和無功功率穩(wěn)定的控制策略（方 法），稱為PQ控制，由于能夠最大限度地提高分布式電源的利用效率且能夠滿足配電網(wǎng)的 功率需求，從而得到了廣泛的應用。三相逆變器典型結構如圖1所示，如圖2所示，PQ控制 過程為：控制器從逆變器出口采集其輸出的有功和無功功率信息，將該信息與參考值進行 比較，比較的差值經(jīng)過PI生成內(nèi)環(huán)的參考電流值，此參考電流值再與逆變器出口實際電流 值經(jīng)派克變換后的d、q軸分量進行比較，其差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)、電壓前饋解耦和派克反變換，最 后生成正弦脈寬調(diào)制SPWM的調(diào)制信號（電力系統(tǒng)及其自動化學報，2012年4月，分布式電 源并網(wǎng)逆變器典型控制方法綜述，王成山，李琰，彭克，第12-20頁）。
[0003] 在母線電壓為10. 5KV的配電網(wǎng)系統(tǒng)正常運行或發(fā)生對稱故障時，并網(wǎng)型逆變器 的輸出電流通PI調(diào)節(jié)器能夠得到快速無差控制。然而，當電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時，電 網(wǎng)電壓產(chǎn)生負序分量，這會導致外環(huán)生成的電流參考值存在二倍頻波動，從而使逆變器輸 出電流中也出現(xiàn)負序分量及大量諧波。另外，現(xiàn)有技術的PI調(diào)節(jié)器只有在控制對象為直流 量時才有良好的跟蹤效果，而在電網(wǎng)電壓不平衡故障下，采用現(xiàn)有技術PI調(diào)節(jié)器的并網(wǎng)逆 變器的運行性能將會惡化。為了解決這個問題，現(xiàn)有技術對逆變器的控制方法有兩種改進： 一種方法是仍采用圖1所示的雙環(huán)PI控制結構，但對逆變器出口電壓進行正負序分量提 取，以正序電壓相位作為派克變換和反變換的參考相位，從而使輸出電流只包含正序分量。 這種方法的不足之處在于逆變器輸出功率仍存在二倍頻波動，額定功率與輸出功率的差值 將不能達到穩(wěn)定，致使功率外環(huán)PI控制器的跟蹤效果較差。因此，功率采樣值需要先經(jīng)過 濾波環(huán)節(jié)濾除二倍頻分量后再作為控制外環(huán)的輸入信號。然而這種方法增加了 PQ控制系 統(tǒng)的閉環(huán)極點，降低了 PQ控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)速度較慢并且濾波效果也不理想。另一種 方法則不再使用旋轉(zhuǎn)直角坐標系，而是在靜止直角坐標系中實現(xiàn)控制策略。為了克服PI調(diào) 節(jié)器不能有效跟蹤非直流量的缺陷，采用比例諧振PR調(diào)節(jié)器。PR調(diào)節(jié)器與PI調(diào)節(jié)器的區(qū) 別是能夠跟蹤正弦信號，從而簡化了控制環(huán)節(jié)（電工技術學報，2010年12月，不對稱電網(wǎng) 電壓條件下三相并網(wǎng)型逆變器的控制，章瑋，王宏勝，任遠，胡家兵，賀益康，第103-110 頁），其缺點在于PR調(diào)節(jié)器參數(shù)復雜，不便調(diào)節(jié)，并且一般情況下逆變器輸出電流并不能完 全平滑無差的跟蹤參考電流值，其效果比PI控制的效果差。上述兩種方法都存在功率采樣 值波動、控制環(huán)節(jié)復雜以及調(diào)節(jié)時間偏長的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于正序分量的三相逆變器控制方法和裝置，要解決的 技術問題是提高電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障時逆變器的供電質(zhì)量。
[0005] 本發(fā)明采用以下技術方案：一種基于正序分量的三相逆變器控制方法，包括以下 步驟：
[0006] 一、從逆變器出口處采集三相電壓和三相電流，提取三相電壓正負序分量，得到出 口電壓正序分量；將出口電壓正序分量和三相電流有名值轉(zhuǎn)換為標幺值；
[0007] 二、將出口電壓正序分量和三相電流有名值轉(zhuǎn)換為標么值與功率參考值進行運 算：

【權利要求】
1. 一種基于正序分量的三相逆變器控制方法，包括以下步驟： 一、 從逆變器出口處采集三相電壓和三相電流，提取三相電壓正負序分量，得到出口電 壓正序分量；將出口電壓正序分量和三相電流有名值轉(zhuǎn)換為標幺值； 二、 將出口電壓正序分量和三相電流有名值轉(zhuǎn)換為標么值與功率參考值進行運算：
得到d軸電流參考值idMf和q軸電流參考值i_f，對d軸電流參考值idMf和q軸電流 參考值Urf進行限幅后，作為電流參考值； 三、 將逆變器的輸出電流經(jīng)過派克變換后與電流參考值進行比較得到差值； 四、 差值經(jīng)過比例積分（PI)控制，再經(jīng)過派克反變換，形成三相調(diào)制波波形。
2. -種基于正序分量的三相逆變器控制裝置，設有派克變換和反變換單元，正弦脈寬 調(diào)制（SPWM)單元，其特征在于：所述基于正序分量的三相逆變器控制裝置設有正序分量 提取單元、標么值單元和恒功率控制單元； 所述正序分量提取單元用于將逆變器出口處采集到的三相電壓進行正負序分量提 取，將電壓正序分量輸出到標么值單元；所述提取電壓正序分量采用采用克拉克變換矩陣 ([Tae])計算，基于二階廣義積分器的帶通濾波器（SOGI BP filter)的傳遞； 所述標么值單元用于將三相電壓、電流有名值轉(zhuǎn)換為標么值，輸出到派克變換單元，標 幺值轉(zhuǎn)換中功率、電壓和電流的基準值取值如下：
Sb_、Ub_和Ibase分別為功率、電壓和電流的基準值，U^ ms為逆變器出口線電壓的有效 值，Pref為逆變器輸出有功功率的額定參考值，Qref為分布式電源額定輸出的無功功率；將各 功率、電壓和電流除以各自的基準值輸入到派克變換單元； 所述派克變換和反變換單元，派克變換單元用于將逆變器輸出的三相電流和標么值單 元輸出的三相正序電壓標么值，進行派克變換，將三相電壓和三相電流派克變換后的結果 輸出到恒功率控制單元；派克反變換單元將恒功率控制單元的輸出的d、q軸旋轉(zhuǎn)坐標系下 的輸出信號進行派克反變換形成三相電壓調(diào)制波信號，輸出至正弦脈寬調(diào)制（SPWM)單元； 所述恒功率控制對派克變換單元輸出的三相電壓派克變換結果，根據(jù)設定的額定輸出
和iV6f = 0,計算得到d、q軸電流值，再經(jīng)過限幅環(huán)節(jié)后作為電流環(huán)的 電流參考值，將電流參考值與派克變換單元輸入的實際電流的d、q軸分量進行比較，將比 較的差值進行雙環(huán)比例積分（PI)調(diào)節(jié)、電壓前饋補償和交叉耦合補償，控制逆變器輸出電 流的d、q軸分量跟隨電流參考值，生成d、q軸旋轉(zhuǎn)坐標系下的輸出信號，輸入到派克反變換 單元； 所述正弦脈寬調(diào)制（SPWM)單元將派克反變換后的三相電壓正弦調(diào)制波，與三角波發(fā) 生器生成的三角載波進行比較，輸出寬度正比于調(diào)制波幅值的矩形波，形成六路控制信號 (VT1-VT6)，分別控制開關器（VT1-VT6)的通斷。
3. 根據(jù)權利要求2所述的基于正序分量的三相逆變器控制裝置，其特征在于：所述正 弦脈寬調(diào)制（SPWM)單元輸出六路控制信號（VT1-VT6)控制開關器（VT1-VT6)的通斷，再經(jīng) 濾波器輸出三相正弦電流。
4. 根據(jù)權利要求2所述的基于正序分量的三相逆變器控制裝置，其特征在于：所述正 序分量提取單元中，采用克拉克變換矩陣（[Tae])計算：
5. 根據(jù)權利要求2所述的基于正序分量的三相逆變器控制裝置，其特征 在于：所述基于二階廣義積分器的帶通濾波器（SOGI BP filter)的傳遞函數(shù)
?〇為濾波器的諧振頻率、k為阻尼系數(shù),Va '為該濾 波器的輸出波形，該波形為正弦波且其頻率等于輸入波形Va的基波頻率，s為時間。
6. 根據(jù)權利要求2所述的基于正序分量的三相逆變器控制裝置，其特征在于：所述限 幅經(jīng)為過限值1. 5倍額定電流的限幅。
【文檔編號】H02M7/48GK104333244SQ201410559410
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權日:2014年10月20日
【發(fā)明者】魏承志, 文安, 趙曼勇, 黃維芳, 劉年, 譚會征, 許永軍, 陳曉龍, 李永麗, 葉志鋒 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責任公司, 長園深瑞繼保自動化有限公司, 天津大學