專利名稱：一種lcl濾波并網逆變器的雙電流環控制方法
技術領域：
本發明涉及一種LCL濾波并網逆變器的雙電流環控制方法，用來實現LCL濾波并網逆變器的直接入網電流控制，以提高入網電流的波形質量和功率因數。
背景技術：
由于并網逆變器輸出側通過串聯LCL濾波器再連接到電網，更有利于逆變器在較低開關頻率下獲得高質量的進網電流，所以LCL濾波的并網逆變器作為新能源并網發電的關鍵設備，近年來得到了廣泛關注，然而LCL濾波器的引入提高了系統的階數，對系統的控制策略提出了更高要求。采用典型并網電流直接單閉環控制的LCL濾波并網逆變器系統， 是不穩定的；采用電感或電容端串并聯阻尼的控制方法，可以避免系統不穩定，但卻造成了功率損耗；采用控制橋臂電流，或通過控制其他電流變量來實現對并網電流的間接控制方法，改善了閉環系統的穩定性，但是間接電流控制難以做到進網電流的單位功率因數運行， 而且容易受到電網電壓畸變和背景諧波干擾的影響。因此，研究新型LCL濾波并網逆變器入網電流的控制方法具有重要的理論意義和實用價值。
發明內容
本發明旨在為LCL濾波并網逆變器提供一種新型的直接入網電流控制方法、這種方法既能保證系統穩定性的要求，又能提高入網電流的波形質量和功率因數，同時又有利于保護橋臂開關管，確保系統的安全可靠運行。本發明所述的一種LCL濾波并網逆變器的雙電流環控制方法，如附圖1所示，包括基于高頻開關三相逆變橋、連接逆變橋和電網的LCL濾波器、用于檢測各電感電流的檢測變送器、電網電壓的鎖相模塊、將三相靜止坐標下的三相電流轉換成兩相同步旋轉坐標系下兩相電流的坐標變換單元1和坐標變換單元2、分別用于將電網側的三相電流和逆變橋側的三相電流進行坐標變換、4個用于電流誤差調節的的電流調節器。主要控制過程描述如下首先將靜止坐標系下的網側電感電流Luu1和逆變橋側電感電流ia2、b2、。2分別變換成兩相旋轉坐標系下的電流和，然后將idl與控制并網電流的給定參考信號i/ 進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器1 (PI1)，調節器1的輸出信號作為逆變橋側電流分量id2的給定信號，與id2進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器2 (PI2)，將與控制并網電流的給定參考信號/進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器3 (PI3)，調節器3的輸出信號作為逆變橋側電流分量iq2的給定信號，與 iq2進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器4 (PI4)，再把調節器2和調節器4 的輸出信號及電網電壓的相位信號送給SVPWM模塊，由SVPWM模塊輸出的開關驅動信號經驅動電路后控制逆變橋開關管的工作，以控制并網逆變器系統的入網電流相位和幅值。與現有的LCL濾波并網電流的控制方法相比，本發明所提出的LCL濾波并網逆變器雙電流環控制方法有如下突出優點1)通過外環控制實現了入網電流的直接控制，既有利于提高入網電流的控制精度，又提高了入網電流的功率因數，而且對電網電壓畸變和背景諧波干擾具有較強的抑制能力；2)通過同時采樣逆變橋側電感電流增加的內環控制，不僅提高了系統的穩定性， 而且有助于橋臂開關的保護，提高系統的可靠性。本發明所提出的LCL并網逆變器的雙電流環控制方法，具有控制精度高、功率因數高、系統可靠性高等突出優點，非常適合于太陽能光伏，燃料電池、風力等新能源并網發電系統，而且采用各種形式PWM控制的單相和三相LCL并網逆變器均可使用本發明的方法。
附圖1是本發明的整體結構框圖。附圖2是穩態運行時電網電壓、逆變器側電感電流、網側入網電流及調制波波形。附圖3是A相并網電流的頻譜分析結果。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施例對本發明作進一步詳細描述本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了實施方式和操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。附圖1所示的是本發明提出的一種LCL濾波并網逆變器的雙電流環控制方法的整體結構框圖，其特征在于包括包括直流輸入電源Vd、輸入側電容C1、基于高頻開關脈寬調制控制的三相逆變器、用于逆變器與電網連接的LCL濾波器、連接電網側的電感為Lla、Llb、Llc;、 連接逆變橋側的電感為L2a、L2b, L2。、三個濾波電容C2、C3和C4、網側三相電流檢測變送器1、 逆變橋側三相電流檢測變送器2、首先將三相靜止坐標系下的網側電流檢測信號ial、bl、el變換成兩相旋轉坐標系下的電流id^，將三相靜止坐標系下的逆變橋側電流檢測信號ia2、b2、 。2變換成兩相旋轉坐標系下的電流，然后將idl與控制并網電流的給定參考信號i/進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器1 (PI1)，調節器1的輸出信號作為逆變橋側電流分量id2的給定信號，與id2進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器 2 (PI2)，將與控制并網電流的給定參考信號進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器3 (PI3)，調節器3的輸出信號作為逆變橋側電流分量iq2的給定信號，與iq2 進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器4 (PI4)，再把調節器2和調節器4的輸出信號及電網電壓的相位信號送給SVPWM模塊，由SVPWM模塊輸出的開關驅動信號經驅動電路后控制逆變橋開關管的工作，以控制并網逆變器系統的入網電流相位和幅值。為說明本發明的正確性和可行性，對一臺IOkVA的三相逆變器并網運行系統進行了仿真驗證。仿真參數為直流母線電壓690V，電網電壓為380V，開關頻率為20kHz，開關的死區設置為3 μ s，交流側濾波器參數為Ll = 0. 8mH, L2 = 1. 4mH, C = 5 μ F。附圖2和3 為該實施例的具體仿真實驗波形。附圖2表示穩態運行時電網電壓、逆變器側電感電流、并網電流及調制波波形，附圖3是A相并網電流的頻譜分析結果，可以看出，網側電流THD為僅1.四％，網側電流的相位與電網電壓非常接近，系統實現了低諧波，高功率因數并網運行。
權利要求
1. 一種LCL濾波并網逆變器的雙電流環控制方法，其特征在于包括直流輸入電源Vd、 輸入側電容C1、基于高頻開關脈寬調制控制的三相逆變器、用于逆變器與電網連接的LCL濾波器、連接電網側的電感為Lla、Llb、Li。、連接逆變橋側的電感為L2a、L2b、L2。、三個濾波電容C2、 C3和c4、網側三相電流檢測變送器1、逆變橋側三相電流檢測變送器2、首先將三相靜止坐標系下的網側電流檢測信號itbid變換成兩相旋轉坐標系下的電流itu，將三相靜止坐標系下的逆變橋側電流檢測信號ia2、b2、。2變換成兩相旋轉坐標系下的電流Uw，然后將idl與控制并網電流的給定參考信號i/進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器1， 調節器1的輸出信號作為逆變橋側電流分量id2的給定信號，與id2進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器2，將與控制并網電流的給定參考信號i/進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器3，調節器3的輸出信號作為逆變橋側電流分量iq2 的給定信號，與‘進行比較，比較后輸出的誤差信號送給比例積分調節器4，再把調節器2 和調節器4的輸出信號及電網電壓的相位信號送給SVPWM模塊，由SVPWM模塊輸出的開關驅動信號經驅動電路后控制逆變橋開關管的工作，以控制并網逆變器系統的入網電流相位和幅值。
全文摘要
一種LCL濾波并網逆變器的雙電流環控制方法，屬于逆變器控制領域。該方法利用兩組電流傳感器分別采樣網側電感電流和逆變橋側電感電流，將靜止坐標系下的網側電感電流ia1、b1、c1和逆變橋側電感電流ia2、b2、c2分別變換成兩相旋轉坐標系下的電流id1、q1、和id2、q2，然后將id1與id2作為有功電流控制環的反饋變量，將iq1與iq2作為無功電流控制環的反饋變量，再將兩個控制環的輸出信號及電網電壓的相位信號送給SVPWM模塊，由此模塊輸出相應的開關驅動信號，從而控制逆變器的入網電流波形質量。本發明的方法，具有控制精度高、功率因數高、而且便于橋臂開關管的保護等優點。
文檔編號H02M7/5387GK102340257SQ201110257308
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月2日 優先權日2011年9月2日
發明者胡雪峰, 陳家偉, 陳杰, 龔春英 申請人:南京航空航天大學