逆變器同步的制作方法
【專利說明】逆變器同步發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于將可再生能源(如太陽能電池板)、有源負(fù)載或有源電力濾波器連接到電網(wǎng)上的并網(wǎng)脈寬調(diào)制(PWM)逆變器。
[0002]發(fā)明背景
[0003]圖1是系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)總體上用參考數(shù)字I指示，該框圖示出了本發(fā)明力圖解決的問題中的某些問題。
[0004]系統(tǒng)I包括直流電源2、逆變器4、PffM控制器6、并聯(lián)裝置8以及交流電網(wǎng)10。
[0005]直流電源2將直流電提供給逆變器4。如本領(lǐng)域中眾所周知的，逆變器4能夠在PWM控制器6的控制下切換以生成用于供應(yīng)給電網(wǎng)10的交流電源。提供并聯(lián)裝置8 (其可以是開關(guān))以選擇地將逆變器4的輸出端連接到電網(wǎng)10上。
[0006]逆變器4用于通過生成在頻率上與電網(wǎng)電壓匹配的輸出電流來將直流電源2所提供的電能轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)10所需要的交流形式，但是那具有取決于如輸入電力量、電網(wǎng)電壓水平和無功電力設(shè)定點等因素的幅值和相位。典型地，逆變器4具有連接到逆變器輸入電路上的直流母線電容器組和連接到逆變器輸出端的交流濾波器。
[0007]逆變器4到電網(wǎng)10的物理連接通過并聯(lián)裝置8實施。該并聯(lián)裝置通常被指示在逆變器啟動程序期間將逆變器4與電網(wǎng)10相連接。
[0008]取決于在并聯(lián)裝置8的每一側(cè)的電壓之間的幅值、相位和頻率偏差，在并聯(lián)裝置8閉合的時刻，可能存在涌入電流。逆變器不正確啟動的另一個潛在副作用是在從離網(wǎng)到在網(wǎng)操作的過渡期間會有從電網(wǎng)10到逆變器4的暫時反向電力流。這種反向電力流能夠?qū)е轮绷髂妇€電容器過度充電。
[0009]在其他場景下，逆變器4可以已經(jīng)連接到電網(wǎng)10 (這樣使得并聯(lián)裝置8是閉合的)上，但不能主動地產(chǎn)生任何用于供應(yīng)給電網(wǎng)的電流或電壓。這通常被稱為逆變器在“滑行(coast) ”或“空閑(idle) ”操作模式下，并且從這種空閑模式到運行模式的過渡也能夠在交流側(cè)產(chǎn)生涌入電流和/或在直流側(cè)產(chǎn)生過電壓。
[0010]許多用于使用并聯(lián)裝置將逆變器(如逆變器4)連接到交流電網(wǎng)(如電網(wǎng)10)上的方法是已知的。
[0011]在第一方法中，并聯(lián)裝置8在逆變器4啟動從而生成輸出電壓或電流之前是閉合的。這個第一方法沒有避免以上概述的涌入電流的問題。這個方法能夠擾亂電網(wǎng)電壓、對相鄰設(shè)備造成干擾并且縮短逆變器部件的壽命。
[0012]在第二方法中，電網(wǎng)側(cè)電壓被監(jiān)測并且并聯(lián)裝置8在零點交叉是閉合的。由于一旦檢測到零點交叉這個并聯(lián)裝置就花費時間響應(yīng)，這個第二方法沒有消除涌入電流。此外，這個方法不適用于同時閉合所有相位的多相并聯(lián)裝置。
[0013]在第三方法中，在逆變器側(cè)的電壓被主動地測量和控制以最小化與電網(wǎng)側(cè)電壓的幅值、相位和頻率偏差。該第三方法需要在并聯(lián)裝置兩側(cè)都放置電壓傳感器，這些電壓傳感器在專用電壓反饋控制系統(tǒng)中使用，該系統(tǒng)被特別設(shè)計成用于在使并聯(lián)裝置閉合之前使逆變器側(cè)電壓聚集到電網(wǎng)側(cè)電壓。除了這種解決方案的成本和復(fù)雜性之外，由于電壓控制器實質(zhì)上與逆變器輸出濾波器中的高電抗組件一起操作，該第三方法的聚集時間通常是許多電網(wǎng)周期并且存在不穩(wěn)定性風(fēng)險或由于逆變器的硬件組件的老化需要重新調(diào)諧控制器。
[0014]本發(fā)明力圖解決以上概述的問題中的至少某些問題。
[0015]發(fā)明概述
[0016]本發(fā)明提供了一種(例如啟動或同步并網(wǎng)逆變器)方法，該方法包括:啟用該并網(wǎng)逆變器的一個交流電壓前饋控制器；將該交流電壓前饋控制器的電壓前饋增益設(shè)置歸一(unity)(例如通過斜升到I)并且使用該交流前饋控制器生成一個前饋控制信號，該前饋控制信號是該電網(wǎng)的測量電壓與該電壓前饋增益的乘積；在該前饋控制信號的控制下使用一個脈寬調(diào)制器驅(qū)動該逆變器，這樣使得逆變器輸出取決于所測量的電網(wǎng)電壓；啟用一個交流電流前饋控制器；基于該逆變器的測量輸出電流使用該交流電流反饋控制器生成一個反饋控制信號；并且在該前饋控制信號和該反饋控制信號兩者的控制下使用該脈寬調(diào)制器驅(qū)動該逆變器。因此，這個方法最先使用該脈寬調(diào)制器在電壓前饋信號的控制下驅(qū)動該逆變器，這樣使得逆變器輸出依賴于所測量的電網(wǎng)電壓并且然后該交流電流反饋控制器被啟用，并且該脈寬調(diào)制器被用于在該電壓前饋控制信號和該反饋控制信號兩者的控制下驅(qū)動該逆變器。
[0017]本發(fā)明還提供了一種逆變器(通常是并網(wǎng)逆變器)，該逆變器包括:一個具有電壓前饋增益的交流電壓前饋控制器，其中，該交流電壓前饋控制器被用于生成一個前饋控制信號，該前饋控制信號是該電網(wǎng)的測量電壓和該電壓前饋增益的乘積；一個交流電流反饋控制器，該交流電流反饋控制器被配置成用于基于該逆變器的測量輸出電流生成一個反饋控制信號；以及一個驅(qū)動該逆變器的脈寬調(diào)制器，其中:當(dāng)該交流電流反饋控制器被禁用并且該交流電壓前饋控制器的電壓前饋增益被設(shè)置成歸一時，該脈寬調(diào)制器在該前饋控制信號的控制下驅(qū)動該逆變器，這樣使得該逆變器輸出取決于所測量的電網(wǎng)電壓；并且當(dāng)該交流電流反饋控制器被啟用時，該脈寬調(diào)制器在該前饋控制信號和該反饋控制信號兩者的控制下驅(qū)動該逆變器。
[0018]因此，所測量的電網(wǎng)電壓可以直接用于以前饋方式命令逆變器，其中逆變器電流反饋控制器最初被解除激活但是逐漸被引入用于實現(xiàn)從電壓控制操作模式到電流控制操作模式的軟過渡。這確保了在并聯(lián)裝置/交流繼電器閉合之前，逆變器側(cè)電壓在頻率上與電網(wǎng)側(cè)電壓匹配，由此消除了最初的涌入電流。如以下所描述的，不管逆變器是否在滑行模式下已經(jīng)連接到電網(wǎng)上，可以應(yīng)用相同的基本原理。
[0019]交流繼電器(或某種其他并聯(lián)裝置)可以用于將逆變器連接到電網(wǎng)上。
[0020]在該交流繼電器最初在一個斷開位置的情況下，當(dāng)該脈寬調(diào)制器在該前饋控制信號的控制下正在驅(qū)動該逆變器時該交流繼電器是閉合的，并且在該交流繼電器閉合之后，該交流電流反饋控制器被啟用。
[0021]在該交流繼電器最初是閉合的情況下，當(dāng)已經(jīng)使用歸一的電壓前饋增益啟用該交流電壓前饋控制器之后，該脈寬調(diào)制器可以被啟用。在本實施例中，在脈寬調(diào)制器已經(jīng)啟動之后，交流電流反饋控制器可以被啟動。
[0022]在本發(fā)明的某些形式中，在交流電流反饋控制器被啟用之后，將交流電壓前饋控制器的電壓前饋增益從歸一減小到正常操作值(例如，0.8)?？梢酝ㄟ^漸變(ramping)來減小。
[0023]可以提供直流母線電壓控制器，該控制器被配置成用于調(diào)節(jié)該逆變器直流母線電壓。在本發(fā)明的某些形式中，在交流電流反饋控制器已經(jīng)被啟用之后，直流母線電壓控制器被啟用(雖然這對于本發(fā)明的所有形式不是必不可少的:例如，直流母線電壓控制器和交流電流反饋控制器可同時被啟用)。該直流母線電壓控制器可以具有一個較快的第一操作模式和一個較慢的第二操作模式，其中，當(dāng)該直流母線電壓控制器被啟用時，該第一操作模式被使用，并且在一段時間之后，該第二操作模式被使用。
[0024]因此，該電流控制器可以最初通過所謂的快速直流母線電壓調(diào)節(jié)器被驅(qū)動，該直流母線電壓調(diào)節(jié)器被設(shè)計成使得直流母線電壓在啟動序列期間保持被控制。然后，該快速直流母線電壓調(diào)節(jié)器可被慢速電壓調(diào)節(jié)器替換，逆變器的正常操作需要該慢速電壓調(diào)節(jié)器，以確保良好的性能(例如，就電流諧波畸變而言)。
[0025]該逆變器可以是單相逆變器?？商娲?，該逆變器可以是多相逆變器。閉合這種多相逆變器的交流繼電器將通常包括將逆變器的每一相連接到公用電網(wǎng)上。
[0026]在本發(fā)明的許多形式中，直流電源(如太陽能電池板陣列)可以用于向逆變器提供交流輸入。
[0027]附圖簡要說明
[0028]現(xiàn)在將參考以下示意圖進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中:
[0029]圖1是已知的并網(wǎng)逆變器的框圖；
[0030]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的并網(wǎng)逆變器的框圖；以及
[0031]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的算法的流程圖。
[0032]發(fā)明詳細(xì)說明
[0033]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的框圖，以參考數(shù)字20概括指不O
[0034]系統(tǒng)20包括直流電源22 (如太陽能電池板陣列)、逆變器24、PWM調(diào)制