三相并網(wǎng)型逆變器啟動(dòng)沖擊電流抑制控制策略的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子設(shè)備控制領(lǐng)域，尤其涉及一種在H相并網(wǎng)型逆變器中實(shí)現(xiàn)抑 制啟動(dòng)沖擊電流的控制策略。
【背景技術(shù)】
[0002] H相電力電子并網(wǎng)型逆變器廣泛應(yīng)用于發(fā)電和用電領(lǐng)域，例如并聯(lián)型有源電力濾 波器、靜止無(wú)功發(fā)生器、光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等。在H相并網(wǎng)型逆變器的控制策略中，直接 電流控制和間接電流控制是電流控制中常用的2種方法。在直接電流控制方法中，包含了 2個(gè)控制環(huán)；一個(gè)是電流環(huán)，另一個(gè)是電壓環(huán)。每個(gè)控制環(huán)都含有PI(比例積分）調(diào)節(jié)器。 在控制系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)值不能調(diào)節(jié)到無(wú)窮大。
[0003] 在并網(wǎng)型逆變器中，由于主電路存在電網(wǎng)電壓，所W在并網(wǎng)型逆變器啟動(dòng)時(shí)必須 能提供與電網(wǎng)電壓相同的電壓W避免電流環(huán)的啟動(dòng)沖擊電流的出現(xiàn)，啟動(dòng)沖擊電流往往會(huì) 超過(guò)逆變器額定電流，使系統(tǒng)保護(hù)而停止工作。已有3種方法可W抑制啟動(dòng)沖擊電流；已 有技術(shù)[1]，見(jiàn)IE邸TRANSACTIONSONINDUSTRIALELECTRONICS第53卷第5期出版的 "OverviewofControlandGridSynchronizationforDistributedPowerGeneration Systems",該技術(shù)測(cè)量電網(wǎng)電壓信號(hào)并將其作為前饋信號(hào)加入電流環(huán)內(nèi)，產(chǎn)生輸出電壓，抑 制啟動(dòng)沖擊電流；已有技術(shù)巧]，見(jiàn)IE邸TRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS第27卷 第11期出版的"Controlofpowerconve;rtersinACmicrogrids"，該技術(shù)應(yīng)用其中某一 相的電網(wǎng)電壓產(chǎn)生鎖相信號(hào)，由鎖相信號(hào)產(chǎn)生H個(gè)虛擬的電網(wǎng)電壓信號(hào)作為前饋信號(hào)加入 電流環(huán)內(nèi)，產(chǎn)生輸出電壓，抑制啟動(dòng)沖擊電流；已有技術(shù)巧]，見(jiàn)《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》第30 卷第34期出版的《并聯(lián)型電能質(zhì)量控制器電流控制誤差的研究》，該技術(shù)采用啟動(dòng)過(guò)程直 流側(cè)電壓放電的方法，抑制啟動(dòng)沖擊電流。已有技術(shù)山和凹中，需要增加設(shè)備成本來(lái)檢 測(cè)電網(wǎng)電壓，已有技術(shù)[3]需要經(jīng)過(guò)電壓環(huán)調(diào)節(jié)，而且需要切換電壓環(huán)控制，控制較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提出一種H相并網(wǎng)型逆變器的控制策略，用于解決啟動(dòng)沖擊 電流問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)較小的逆變器啟動(dòng)電流。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是一種通過(guò)H相并網(wǎng)型逆變器輸出電 流作為電流環(huán)前饋信號(hào)來(lái)抑制啟動(dòng)沖擊電流的方法，其特征是所述在電流環(huán)中增加輸出電 流的前饋環(huán)節(jié)，欲輸出電流作為指令電流與實(shí)際輸出反饋電流進(jìn)行相減，將差值送入調(diào)節(jié) 器，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成電流環(huán)，啟動(dòng)過(guò)程指令電流為0 ;實(shí)際輸出反饋電流乘W比例系數(shù)f 作為前饋信號(hào)加入電流環(huán)；電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)與前饋信號(hào)共同作用產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)， 生成PWM信號(hào)；啟動(dòng)結(jié)束后將指令電流修改為欲輸出的電流。
[0006] 其中，所述調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)H角波雙極性調(diào)制的直接電流控制后產(chǎn)生PWM信號(hào)，輸 出電壓基波與調(diào)制信號(hào)關(guān)系為比例關(guān)系，比例系數(shù)用馬WM表示，且馬WM=Kd。/ (2咕，Kd。表示立 相并網(wǎng)型逆變器直流側(cè)電壓值，Kt表示雙極性調(diào)制的H角波峰值； 所述H個(gè)環(huán)路PI調(diào)節(jié)器(也可只用P調(diào)節(jié)器）參數(shù)相同，fp= ?//馬胃，《。為電流環(huán)截 止頻率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸出電流的頻率，Z為電感值； 所述參數(shù)f=- (Km"/馬J/ 為電網(wǎng)相電壓最大值，/m"表示允許輸出的相電流 最大值。
[0007] 所述H相并網(wǎng)型逆變器直流側(cè)電壓在相電壓有效值為220V的電網(wǎng)下初始電壓為 514V。
[000引所述實(shí)際輸出電流乘產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)后，經(jīng)過(guò)H相并網(wǎng)型逆變器輸出后的電流 誤差可經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器和電流環(huán)進(jìn)行抑制。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果；本發(fā)明應(yīng)用控制系統(tǒng)已經(jīng)檢測(cè)過(guò)的 電流變量抑制H相并網(wǎng)型逆變器啟動(dòng)沖擊電流，變量使用方便；無(wú)需檢測(cè)電源電壓，減少設(shè) 備成本；實(shí)際輸出電流作為電流環(huán)前饋信號(hào)，具有快速響應(yīng)特點(diǎn)，減少了電流抑制的動(dòng)態(tài)響 應(yīng)時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的H相并網(wǎng)型逆變器系統(tǒng)示意圖； 圖2為本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的a相邏輯比較生成PWM控制框圖； 圖4為本發(fā)明的a相控制框圖； 圖5為本發(fā)明的控制方法下a相啟動(dòng)沖擊電流抑制仿真波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012] 圖1為本發(fā)明的H相并網(wǎng)型逆變器系統(tǒng)示意圖，VSI表示電壓型逆變器，H相電網(wǎng) 電壓（Ka，Kb，K。）給H相負(fù)載供電，產(chǎn)生負(fù)載電流(iwJYb，J\。），H相并網(wǎng)型逆變器輸出電流 Ue3，ieb，J'ee)，負(fù)載電流與H相并網(wǎng)型逆變器輸出電流分別相加后為電源電流(i日。，i日b，J'日。)， H相并網(wǎng)型逆變器由H相電壓型橋式逆變電路構(gòu)成，輸出端電感起到濾除開(kāi)關(guān)次諧波的目 的，直流側(cè)電壓Kd?？刂圃谝粋€(gè)恒定的值，6個(gè)IGBT采用PWM控制產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖，控制器由 檢測(cè)電路、控制電路和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，H相并網(wǎng)型逆變器控制為電流源。
[0013] 圖2為本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)示意圖，通過(guò)檢測(cè)電路檢測(cè)H相輸出電流，欲輸出的H 相指令電流（4，4,C)與檢測(cè)到的H相輸出電流分別相減，差值分別送入比例積分（PI) 調(diào)節(jié)器(也可只用P調(diào)節(jié)器)，產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)1(?。1，Ubl，Uei);將檢測(cè)電路檢測(cè)到的H相輸出 電流乘W系數(shù)f產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)2 而2，Ue2);總的調(diào)制信號(hào)（"。3，吼3，"。3)由調(diào)制信號(hào)1和 調(diào)制信號(hào)2分別相加得到。
[0014] 圖3為本發(fā)明的a相邏輯比較生成PWM控制框圖，在S相對(duì)稱系統(tǒng)中Wa相電壓 和電流為代表設(shè)計(jì)控制方法，然后推廣到相和C相中。在a相、相和C相中，總的調(diào)制 信號(hào)（《。3,而3,經(jīng)過(guò)雙極性H角波調(diào)制分別生成H個(gè)PWM信號(hào)，分別施加給H相電壓型 橋式逆變電路的a相、相和C相的上橋臂，H相下橋臂PWM信號(hào)與上橋臂互補(bǔ)，且由驅(qū)動(dòng) 電路產(chǎn)生死區(qū)。H相并網(wǎng)型逆變器輸出電壓與電源電壓作用在電感上產(chǎn)生輸出電流，H角 波峰值為Kt，直流側(cè)電壓為Kd。，可得在雙極性H角波調(diào)制直接電流控制下控制框圖，圖4為 本發(fā)明的a相控制框圖，將PWM生成環(huán)節(jié)等效為一個(gè)比例環(huán)節(jié)，圖4控制框圖即為直接電流 控制下的電流環(huán)，其中《表示電感內(nèi)阻。
[0015] 在H相對(duì)稱系統(tǒng)中Wa相電壓和電流為代表設(shè)計(jì)電流環(huán)，根據(jù)圖4得出電流環(huán)閉 環(huán)傳遞函數(shù)如式（1)所示，其中表示本發(fā)明專利提出的電流環(huán)的前饋信號(hào)。
[001引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 三相并網(wǎng)型逆變器啟動(dòng)沖擊電流抑制控制策略，其特征在于通過(guò)三相并網(wǎng)型逆變 器輸出電流來(lái)抑制啟動(dòng)沖擊電流，在電流環(huán)中增加輸出電流的前饋環(huán)節(jié)，欲輸出電流作為 指令電流與實(shí)際輸出反饋電流進(jìn)行相減，將差值送入調(diào)節(jié)器，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成電流環(huán)， 啟動(dòng)過(guò)程指令電流為O ;實(shí)際輸出反饋電流乘以比例系數(shù)尤作為前饋信號(hào)加入電流環(huán)；電流 環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)與前饋信號(hào)共同作用產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，生成PWM信號(hào)；啟動(dòng)結(jié)束后將指 令電流修改為欲輸出的電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相并網(wǎng)型逆變器啟動(dòng)沖擊電流抑制控制策略，其特征在于 前饋比例系數(shù)I由電網(wǎng)相電壓最大值乘以2倍的用于調(diào)制的三角波峰值再除以三相并網(wǎng)型 逆變器直流側(cè)電壓值后，與允許輸出的相電流最大值相除再取負(fù)得到。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相并網(wǎng)型逆變器啟動(dòng)沖擊電流抑制控制策略，其特征在于 可以增大前饋比例系數(shù)尤，使得輸出電流小于最大允許輸出電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相并網(wǎng)型逆變器啟動(dòng)沖擊電流抑制控制策略，其特征在于 實(shí)際輸出電流乘以I產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)后，經(jīng)過(guò)三相并網(wǎng)型逆變器輸出后產(chǎn)生的電流誤差可經(jīng) 過(guò)PI調(diào)節(jié)器和電流環(huán)進(jìn)行抑制。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力電子設(shè)備控制領(lǐng)域，尤其涉及一種在三相并網(wǎng)型逆變器中實(shí)現(xiàn)抑制啟動(dòng)沖擊電流的控制策略。三相并網(wǎng)型逆變器在啟動(dòng)過(guò)程中需先輸出電壓來(lái)抵消電網(wǎng)電壓以防止啟動(dòng)沖擊電流，本發(fā)明提出在三相并網(wǎng)型逆變器中將輸出電流作為電流環(huán)的前饋信號(hào)，以便產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，最終使三相并網(wǎng)型逆變器輸出電壓來(lái)抵消電網(wǎng)電壓，抑制啟動(dòng)沖擊電流。本方法無(wú)需檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓，降低三相并網(wǎng)型逆變器成本，且控制方法簡(jiǎn)單。從仿真結(jié)果中可以看到，本發(fā)明能夠很好地抑制啟動(dòng)沖擊電流。
【IPC分類】H02M1-32, H02M1-36
【公開(kāi)號(hào)】CN104836429
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410047266
【發(fā)明人】趙國(guó)鵬, 韓民曉
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2014年2月11日