本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種單相并網(wǎng)變流器的控制方法。
背景技術(shù):
隨著微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,單相并網(wǎng)變流器在其中有著越來越重要的作用,在各種場合得到了廣泛的應(yīng)用。因此,單相變流器及其控制技術(shù)成為近來的研究熱點(diǎn)。
基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的pi控制已經(jīng)在三相系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。該方法可以實現(xiàn)有功無功獨(dú)立控制,因此又稱為矢量控制。通過矢量控制技術(shù),不僅可以實現(xiàn)對并網(wǎng)電流的無靜差跟蹤,而且具有動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
與三相并網(wǎng)逆變器相比,單相并網(wǎng)逆變器主電路缺少一個自由度,無法直接通過靜止/旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換將交流量轉(zhuǎn)換成直流量。傳統(tǒng)的解決方案是單相電壓移相60°以構(gòu)建虛擬的三相電壓和單相電壓移相90°以構(gòu)造與實際物理量相正交的虛擬量。這兩種方案分別是實際物理量延時1/6個電網(wǎng)周期和1/4個電網(wǎng)周期,給實際的控制帶來不利影響,會惡化系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明目的是提供一種單相并網(wǎng)變流器的控制方法,該方法較傳統(tǒng)的方法具有較好的動態(tài)響應(yīng)速度,對控制性能的影響較小。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
一種單相并網(wǎng)變流器的控制方法,包括如下步驟:
1.電壓定向鎖相環(huán)
1)采集網(wǎng)端電壓uac,利用新型虛構(gòu)方法,虛構(gòu)出虛擬的三相電壓ua、ub和uc。
2)進(jìn)行clarke變換將虛擬的三相電從靜止的三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系,以得到定向角θ實現(xiàn)電壓定向。
2.電壓外環(huán)控制
1)采集h橋的直流側(cè)電容電壓udc,作為直流反饋電壓值,并與給定的直流側(cè)電壓值
2)將電壓調(diào)節(jié)器的輸出量作為d軸電流參考值
3.電流內(nèi)環(huán)控制
1)只取abc坐標(biāo)系其中的a相的交流電流參考值與檢測得到的交流電流實際值iac進(jìn)行比較,之后通過電流調(diào)節(jié)器得到單相的電壓參考值。
2)使用該電壓參考值進(jìn)行pwm調(diào)制,以實現(xiàn)對h橋交流側(cè)電流的控制。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明對有功和無功功率分別獨(dú)立控制,控制性較高。與現(xiàn)有的延時60°和90°的延時1/6工頻周期和1/4工頻周期相比,本發(fā)明只需要超前1/12工頻周期,實時性進(jìn)一步提高,對控制性能的影響較小,使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)響應(yīng)速度。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中,配電網(wǎng)1、電抗器2、h橋3、電容4。
圖2為本發(fā)明延時30°換示意圖。
圖3為本發(fā)明αβ坐標(biāo)系和dq坐標(biāo)系間的變換圖。
圖4為現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明在網(wǎng)側(cè)電壓突變時電壓幅值和無功電流在a:iq=50,電壓幅值和電流波形的比較圖。
圖中,(a)延時90°的電壓幅值和電流波形圖、(b)延時60°的電壓幅值和電流波形圖、(c)本發(fā)明的電壓幅值和電流波形圖。
圖5為現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明在網(wǎng)側(cè)電壓突變時電壓幅值和無功電流在a:iq=-50,電壓幅值和電流波形的比較圖。
圖中,(a)延時90°的電壓幅值和電流波形圖、(b)延時60°的電壓幅值和電流波形圖、(c)本發(fā)明的電壓幅值和電流波形圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例,進(jìn)一步闡述本發(fā)明,應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍,在閱讀了本發(fā)明之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
本發(fā)明針對單相并網(wǎng)變流器缺少一個自由度的特點(diǎn),根據(jù)單相交流電壓信號的離散數(shù)據(jù),利用相電壓和線電壓的相量關(guān)系,通過移相30°來虛構(gòu)出虛擬的三相電壓。利用該方法來代替現(xiàn)有的延時方法,使整個系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)更加迅速。
一種單相并網(wǎng)變流器的控制方法,包括如下步驟:
1.電壓定向鎖相環(huán)
1)采集網(wǎng)端電壓uac,利用新型虛構(gòu)方法,虛構(gòu)出虛擬的三相電壓ua、ub和uc。
2)進(jìn)行clarke變換將虛擬的三相電從靜止的三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系,以得到定向角θ實現(xiàn)電壓定向。
2.電壓外環(huán)控制
1)采集h橋3的直流側(cè)電容電壓udc,作為直流反饋電壓值,并與給定的直流側(cè)電壓值
2)將電壓調(diào)節(jié)器的輸出量作為d軸電流參考值
3.電流內(nèi)環(huán)控制
1)只取abc坐標(biāo)系其中的a相的交流電流參考值與檢測得到的交流電流實際值iac進(jìn)行比較,之后通過電流調(diào)節(jié)器得到單相的電壓參考值。
2)使用該電壓參考值進(jìn)行pwm調(diào)制,以實現(xiàn)對h橋3交流側(cè)電流的控制。
單相并網(wǎng)變流器的控制結(jié)構(gòu)如圖1所示,采集配電網(wǎng)1的網(wǎng)端電壓uac,利用新型虛構(gòu)方法,虛構(gòu)出虛擬的三相電壓ua、ub和uc;將得到的虛擬三相電壓進(jìn)行clarke變換將虛擬的三相電從靜止的三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系,以得到定向角θ實現(xiàn)電壓定向。采集h橋3的直流側(cè)電容電壓udc,作為直流反饋電壓值,并與給定的直流側(cè)電壓值
本發(fā)明的坐標(biāo)變換示意圖如圖2所示,
令a相相電壓為:
c相相電壓為:
b相相電壓為:
ub=-ua-uc
將得出的三相電壓后進(jìn)行clarke變換,可以采用下式表示
這樣可以直接求出其在兩相同步坐標(biāo)系下的分量。
以三相電壓為例,park變換的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
由數(shù)學(xué)幾何關(guān)系和三角函數(shù)關(guān)系,可以得出
下面進(jìn)行park逆變換
進(jìn)而進(jìn)行clarke逆變換
這樣就可以得出在abc坐標(biāo)系下的電流參考值。
αβ坐標(biāo)系和dq坐標(biāo)系間的變換如圖3所示,電壓向量
將αβ坐標(biāo)系下的uα和uβ進(jìn)行坐標(biāo)變換:
可以求出dq坐標(biāo)系下的兩個分量ud和uq,用低通濾波器得到直流分量ud0和uq0,即:
則基波電壓的幅值和相角跳變?yōu)椋?/p>
如圖4、圖5所示,為現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明在網(wǎng)側(cè)電壓發(fā)生突變時電壓幅值和無功電流的比較。被檢測電壓信號的數(shù)學(xué)解析表達(dá)式為:
式中ω=2πf=314rad/s,為工頻角頻率。電壓uac在0.06~0.10s時間內(nèi)發(fā)生了幅值暫降50%,相角60°的跳變,持續(xù)時間為2個公頻周期,電壓暫降的發(fā)生和結(jié)束都是瞬時的。如圖4、圖5所示,三種方法的延時時間與工況延時情況一樣,對比可以發(fā)現(xiàn),本發(fā)明的并網(wǎng)方法可以更快的發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)的電壓波動和無功電流波動變化;電壓幅值和無功電流的延時情況是一樣的,本發(fā)明的延時時間是最小的。因而具有更好的控制性能和系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力。