一種光伏并網逆變器控制方法
【專利摘要】本發明公開一種光伏并網逆變器控制方法，包括：采集流過感抗的電網三相電流信號；將所述電網三相電流信號與參考電流信號進行加減比較，得到誤差信號；將所述誤差信號經過第一PI控制器生成電壓參考值，將所述電壓參考值經過SVM控制器后的輸出疊加至PWM控制器的輸入端；將零序電流與零序參考電流進行加減比較，將加減比較后得到的結果經過第二PI控制器后疊加至PWM控制器的輸入端；通過PWM控制器對輸出電壓進行調節；根據EL方程模型建立逆變控制模型，在電網不平衡情況下，對所述光伏并網逆變器進行控制。本發明的光伏并網逆變器控制方法，能夠提高系統的穩定性，并能消減EMC的問題。
【專利說明】
一種光伏并網逆變器控制方法
技術領域
[0001] 本發明涉及電力電子裝置控制技術領域，特別是涉及一種光伏并網逆變器控制方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著工業現代化生產規模的不斷擴大和人們生活水平的不斷提高，電能供需矛盾 日益突出，節約電能已經成為當前的研究熱點，具有特別重要的社會意義與經濟意義。能源 危機對于緩解能源短缺和環境危機，保障社會可持續發展，維護國家能源安全起到了重要 的作用。
[0003] 而電能回饋是近年來用以節約電能的最有效的方法。因此，人們開始更加重視能 量回饋系統的發展。進行能量變換的電力電子接口通常采用逆變器。逆變器的控制性能直 接決定了并網系統的供電可靠性和魯棒性。
[0004] 逆變器是一種DC to AC的變壓器，與轉化器是一種電壓逆變的過程。轉換器是將 電網的交流電壓轉變為穩定的12V直流輸出，而逆變器是將Adapter輸出的12V直流電壓轉 變為高頻的高壓交流電。兩個部分同樣都采用了用得比較多的脈寬調制(PWM)技術。其核心 部分都是一個PWM集成控制器。Adapter用的是UC3842,逆變器則采用TL5001芯片。TL5001的 工作電壓范圍3.6~40V，其內部設有一個誤差放大器，一個調節器、振蕩器、有死區控制的 PWM發生器、低壓保護回路及短路保護回路等。
[0005] 逆變器的輸入接口部分有3個信號，12V直流輸入VIN、工作使能電壓ENB及Panel電 流控制信號DMJIN由Adapter提供，ENB電壓由主板上的MCU提供，其值為0或3V，當ENB = 0 時，逆變器不工作，而ENB = 3V時，逆變器處于正常工作狀態;而D頂電壓由主板提供，其變化 范圍在0~5V之間，將不同的D頂值反饋給PWM控制器反饋端，逆變器向負載提供的電流也將 不同，DIM值越小，逆變器輸出的電流就越大。
[0006] 逆變器電壓啟動回路通常為:ENB為高電平時，輸出高壓去點亮Pane 1的背光燈燈 管。
[0007] 逆變器PWM控制器由以下幾個功能組成：內部參考電壓、誤差放大器、振蕩器和 PWM、過壓保護、欠壓保護、短路保護、輸出晶體管。
[0008] 逆變器直流變換由M0S開關管和儲能電感組成電壓變換電路，輸入的脈沖經過推 挽放大器放大后驅動M0S管做開關動作，使得直流電壓對電感進行充放電，這樣電感的另一 端就能得到交流電壓。
[0009 ]逆變器LC振蕩及輸出回路:保證燈管啟動需要的1600V電壓，并在燈管啟動以后將 電壓降至800V。
[0010] 逆變器輸出電壓反饋：當負載工作時，反饋采樣電壓，起到穩定I逆變器電壓輸出 的作用。
[0011] 逆變器按控制方式分類，可分為電壓源電壓控制、電壓源電流控制、電流源電壓控 制和電流源電流控制四種方法。電流源逆變器是指在其直流側串聯一大電感，以提供穩定 的直流電流輸入。但是，由于采用大電感的系統動態響應差，大部分的并網逆變器均采用電 壓源逆變器。
[0012] 從電壓、電流的控制方式來說，逆變器電壓控制相當于將逆變器等效為一個電壓 源，控制其輸出電壓的相位、頻率、幅值達到系統要求。電流控制逆變器是將逆變器等效為 一個電流源，對其輸出的電流進行幅值、頻率、相位的控制。
[0013] 目前，電壓控制方式主要應用于獨立運行的逆變器，以滿足負載端的需要。尤其是 很多負載對加在上面的電壓有較高的要求，因此在這種情況下多采用電壓作為控制量進行 閉環控制。
[0014] 而電流控制方式主要應用于并網逆變器，直接控制其輸出電流達到并網要求。直 接控制并網電流跟蹤給定電流的并網逆變器控制方式應用更加廣泛。其控制策略簡單易于 設計，只要變換不同控制器，就可以采用不同方式進行并網控制。具體方式只需要控制逆變 器的輸出電流以跟蹤市電電壓，同時設定輸出電流的大小，即可達到并網運行的目的。由于 其控制方法相對簡單，效果也比較好，因此使用廣泛。
【發明內容】
[0015] 本發明正是基于以上一個或多個問題，提供一種光伏并網逆變器控制方法，能夠 提高系統的穩定性，并能消減EMC的問題。
[0016] 其中，所述逆變器采用絕緣柵雙極型晶體管作為主電路的開關器件，所述光伏并 網逆變器控制方法包括：
[0017] 采集流過感抗的電網三相電流信號；
[0018] 將所述電網三相電流信號與參考電流信號進行加減比較，得到誤差信號；
[0019] 將所述誤差信號經過第一 PI控制器生成電壓參考值，將所述電壓參考值經過SVM 控制器后的輸出疊加至PWM控制器的輸入端；
[0020] 將零序電流與零序參考電流進行加減比較，將加減比較后得到的結果經過第二PI 控制器后疊加至PWM控制器的輸入端；
[0021] 通過PWM控制器對輸出電壓進行調節；
[0022] 根據EL方程模型建立逆變控制模型，在電網不平衡情況下，對所述光伏并網逆變 器進行控制。
[0023] 進一步的，所述將所述電網三相電流信號與參考電流信號進行加減比較，得到誤 差信號包括：
[0024]將所述電網三相電流信號進行Clark變換得到邱坐標系下的電流以及零序電流；
[0025] 將所述邱坐標系下的電流進行park變換得到dq坐標系下的電流信號，將dq坐標系 下的電流信號與參考電流的dq電流分量分別進行加減比較得到所述誤差信號。
[0026] 進一步的，所述將所述誤差信號經過第一PI控制器生成電壓參考值包括：
[0027] 將所述誤差信號經過所述第一 PI控制器生成dq坐標系下的電壓參考值；
[0028] 通過反park變換生成在邱坐標系下的電壓參考值。
[0029 ]進一步的，將d q坐標系下的電流信號與參考電流的d q電流分量分別進行加減比 較，得到所述誤差信號，所述誤差信號經過第一PI控制器后的輸出值逐漸趨近于dq坐標系 下的電壓參考值。
[0030] 進一步的，將零序電流與零序參考電流進行加減比較，將加減比較后得到的結果 經過第二PI控制器后的輸出值逐漸趨近于零序參考電流。
[0031] 進一步的，對邱坐標系下的電流進行park變換與對dq坐標系下的電壓參考值進行 的反park變換互為反向。
[0032]進一步的，所述逆變控制模型的模型為三相靜止坐標系下的數學模型，所述逆變 控制模型為基于EL方程模型的無源控制器。
[0033]進一步的，所述根據基于EL方程模型建立逆變控制模型包括：
[0034]獲取逆變器交流側的三相線電壓和三相電流；
[0035]獲取逆變器直流側最大功率點電壓和最大功率點電流；
[0036]根據所述逆變器交流側的三相線電壓和三相電流，及所述逆變器直流側最大功率 點電壓和最大功率點電流，基于EL方程模型建立逆變控制模型；
[0037]所述逆變控制模型的輸入為所述逆變器交流側的三相線電壓和三相電流，及所述 逆變器直流側最大功率點電壓和最大功率點電流;所述逆變器的輸出為三相靜止坐標系下 的開關函數。
[0038]進一步的，所述根據基于EL方程模型建立逆變控制模型包括：
[0039]對所述逆變器交流側的三相線電流進行park變換，以獲得dq坐標系下的交流側電 流；
[0040]對所述逆變器在三相靜止坐標系下的線開關函數進行park變換，獲得dq坐標系下 的開關函數；
[0041]對所述逆變器交流側的三相線電壓進行park變換，獲得dq坐標系下的交流側電 壓；
[0042]將所述dq坐標系下的交流側電流，dq坐標系下的開關函數，dq坐標系下的交流側 電壓代入所述逆變器在三相靜止坐標系下的數學模型，獲得所述逆變器在dq坐標系下的數 學模型；
[0043] 根據EL方程模型和所述逆變器在dq坐標系下的數學模型建立所述逆變控制模型。
[0044] 進一步的，所述逆變器的輸出為：
[0046] 其中，A 5 = 5^^。二、5^。分別為所述逆變控制模型的輸出在三相靜止坐標系 下的開關函數，34、53。以。分別為所述逆變控制模型的輸出在三相靜止坐標系下的線開關 函數。
[0047] 本發明提供的一種光伏并網逆變器控制方法，保留了 SVM的調制方法，同時對中高 頻所產生的零序電流的開環控制引入閉環控制，有效改善了系統在共模電壓減少方面的作 用。不同于一般的SPEM調制方法，此方法結合了 SVM方法的優點的同時，解決了 EMC以及共模 電流引起的振蕩等問題，可以有效提高系統DQ控制器的閉環控制裕度，同時又能減少電感 上振蕩電流引起的噪音問題。此外，本發明通過獲取逆變器交流側的三相線電壓和三相電 流，獲取逆變器直流側最大功率點電壓和最大功率點電流，根據基于EL方程模型建立的逆 變控制模型，在電網不平衡情況下，對所述逆變器進行控制。減小在電網不平衡時光伏并網 逆變器并入電網的交流電流諧波，并實現了電流的動態解耦，提高了逆變器的穩態和動態 性能。
【附圖說明】
[0048] 圖1是本發明實施例一的一種光伏并網逆變器控制方法的流程圖；
[0049] 圖2是本發明實施例二的逆變器系統控制框圖；
[0050] 圖3是本發明實施例二的連接中點NPC拓撲；
[00511圖4是本發明實施例二通過電阻連接中點NPC拓撲；
[0052]圖5是本發明實施例二零序控制器結構圖。
【具體實施方式】
[0053]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。需要說明的是，如果不沖突，本發 明實施例以及實施例中的各個特征可以相互結合，均在本發明的保護范圍之內。
[0054] 實施例一
[0055]本發明實施例一提供一種光伏并網逆變器控制方法，其中，所述逆變器采用絕緣 柵雙極型晶體管作為主電路的開關器件，PWM波的調制方式為SPWM波。如圖1所示，該方法包 括：
[0056] 101、采集流過感抗的電網三相電流信號；
[0057] 102、將所述電網三相電流信號與參考電流信號進行加減比較，得到誤差信號；
[0058]具體的，該步驟包括：
[0059]將所述電網三相電流信號進行Clark變換得到邱坐標系下的電流以及零序電流； [0060]將邱坐標系下的電流進行park變換得到dq坐標系下的電流信號，將dq坐標系下的 電流信號與參考電流的dq電流分量分別進行加減比較得到誤差信號。本步驟中，將dq坐標 系下的電流信號與參考電流的dq電流分量分別進行加減比較，得到誤差信號，所述誤差信 號經過第一 PI控制器后的輸出值逐漸趨近于dq坐標系下的電壓參考值。
[0061] 103、將所述誤差信號經過第一 PI控制器生成電壓參考值，將所述電壓參考值經過 SVM控制器后的輸出疊加至PWM控制器的輸入端；
[0062] 其中，所述將所述誤差信號經過第一PI控制器生成電壓參考值包括：
[0063] 將所述誤差信號經過第一 PI控制器生成dq坐標系下的電壓參考值；
[0064] 通過反park變換生成在邱坐標系下的電壓參考值。
[0065]其中，對邱坐標系下的電流進行park變換與對dq坐標系下的電壓參考值進行的反 park變換互為反向。
[0066] 104、將零序電流與零序參考電流進行加減比較，將加減比較后得到的結果經過第 二PI控制器后疊加至PWM控制器的輸入端；
[0067] 具體的，將零序電流與零序參考電流進行加減比較，將加減比較后得到的結果經 過第二PI控制器后的輸出值逐漸趨近于零序參考電流。
[0068] 105、通過PWM控制器對輸出電壓進行調節；
[0069] 106、根據EL方程模型建立逆變控制模型，在電網不平衡情況下，對所述逆變器進 行控制。
[0070] 其中，所述逆變控制模型的模型為三相靜止坐標系下的數學模型，所述逆變控制 模型為基于EL方程模型的無源控制器。
[0071] 本步驟中，所述根據基于EL方程模型建立逆變控制模型具體可通過不同方式實 現。
[0072] 具體的，所述根據基于EL方程模型建立逆變控制模型可以包括：
[0073]獲取逆變器交流側的三相線電壓和三相電流；
[0074]獲取逆變器直流側最大功率點電壓和最大功率點電流；
[0075]根據所述逆變器交流側的三相線電壓和三相電流，及所述逆變器直流側最大功率 點電壓和最大功率點電流，基于EL方程模型建立逆變控制模型；
[0076]所述逆變控制模型的輸入為所述逆變器交流側的三相線電壓和三相電流，及所述 逆變器直流側最大功率點電壓和最大功率點電流;所述逆變器的輸出為三相靜止坐標系下 的開關函數。
[0077]所述根據基于EL方程模型建立逆變控制模型也可以包括：
[0078]對所述逆變器交流側的三相線電流進行park變換，以獲得dq坐標系下的交流側電 流；
[0079]對所述逆變器在三相靜止坐標系下的線開關函數進行park變換，獲得dq坐標系下 的開關函數；
[0080]對所述逆變器交流側的三相線電壓進行park變換，獲得dq坐標系下的交流側電 壓；
[0081]將所述dq坐標系下的交流側電流，dq坐標系下的開關函數，dq坐標系下的交流側 電壓代入所述逆變器在三相靜止坐標系下的數學模型，獲得所述逆變器在dq坐標系下的數 學模型；
[0082]根據EL方程模型和所述逆變器在dq坐標系下的數學模型建立所述逆變控制模型。 [0083]其中：所述逆變器的輸出為：
[0085] 其中，A 5 = 5^^。二、5^。分別為所述逆變控制模型的輸出在三相靜止坐標系 下的開關函數，34、53。以。分別為所述逆變控制模型的輸出在三相靜止坐標系下的線開關 函數。。
[0086] 本發明提供的一種光伏并網逆變器控制方法，保留了 SVM的調制方法，同時對中高 頻所產生的零序電流的開環控制引入閉環控制，有效改善了系統在共模電壓減少方面的作 用。不同于一般的SPEM調制方法，此方法結合了 SVM方法的優點的同時，解決了 EMC以及共模 電流引起的振蕩等問題，可以有效提高系統DQ控制器的閉環控制裕度，同時又能減少電感 上振蕩電流引起的噪音問題。此外，本發明通過獲取逆變器交流側的三相線電壓和三相電 流，獲取逆變器直流側最大功率點電壓和最大功率點電流，根據基于EL方程模型建立的逆 變控制模型，在電網不平衡情況下，對所述逆變器進行控制。減小在電網不平衡時光伏并網 逆變器并入電網的交流電流諧波，并實現了電流的動態解耦，提高了逆變器的穩態和動態 性能。
[0087] 實施例二
[0088] 本發明實施例一提供一種光伏并網逆變器控制方法，其中，所述逆變器結構如圖2 所示，其中，控制部分的輸入為交流側的三相線電壓，三相電流，逆變器直流側最大功率電 壓Udcm和最大功率點電流idem;輸出為開關函數3 3^、5。，通過開關函數53^、5。實現空間矢 量脈寬調制SVPWM。根據基于EL方程模型建立的逆變控制模型，在電網不平衡情況下，對所 述逆變器進行控制。
[0089] 本實施例采用了圖3和圖4的拓撲電路。其具體的控制方法如圖1所示。本控制方法 應用于ia+ib+i c不等于0所述引入的Iz電流的控制器。由于產生的Iz電流無法由DQ軸控制直 接控制，必須對I z電流設計一個新的控制器來完成閉環控制目的。
[0090] 具體的，本實施例提供一種光伏并網逆變器控制方法，包括以下步驟：
[0091] 201、采集流過感抗的電網三相電流信號；
[0092] 202、將電流信號進行clark變換獲得在邱坐標系下的電流信號ia，i e以及零序電流 iz；
[0093] 203、將邱坐標系下的電流信號ia，ie進行park變換，獲得dq坐標系下的電流信號 isq，isd，將isq和isd與控制裝置給出的參考電流的dq電流分量i sqref，isdref分別進行加減比 較，將加減比較后得到的結果經過第一 PI控制器后生成dq坐標系下的電壓參考值Vsqref和 Vsdref，將isq，isd與參考電流分量isqref，isdref分別進行加減比較，將加減比較后的結果通過 PI控制器后的輸出值再加上dq坐標系下的電壓參考值Vsqref和Vsdref之和并通過反park變換 生成在邱坐標系下電壓參考值Vsqref和Vsdref，將Vsqref和Vsdreff經過SVM控制器后的輸出疊加 至PWM控制器的輸入端上，具體的，其對對邱坐標系下的電流進行park變換與對dq坐標系下 的電壓參考值進行的反park變換互為反向。
[0094] 204、將零序電流iz與由控制裝置給出的零序參考電流izref進行加減比較，將加減 比較后得到的結果經過第二PI控制器后疊加至PWM控制器的輸入端上；
[0095] 20 5、通過P麗控制器對輸出電壓進行調節。
[0096]如圖5所示，本發明在于1)通過Clark變換獲取零序電流;2)由控制裝置給出零序 參考電流;3)對零序電流與零序參考電流進行加減運算;4)將控制誤差輸入第二PI控制器， 第二PI控制器通過控制誤差對零序電流進行調節。其中第二PI控制器可以為帶限幅功能的 誤差放大器;5)第二PI控制器的輸出直接加在PWM控制器的輸入端。控制器由零序電流與零 序參考電流之間的誤差，通過PI控制器輸出調節PWM，來實現閉環調節零序電流的目的。經 過加減比較，加減比較后得到的結果經過第二PI控制器后的輸出值逐漸趨近與零序參考電 流。
[0097]以上所述僅為本發明的實施方式，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本 發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的 技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍。
【主權項】
1. 一種光伏并網逆變器控制方法，其特征在于，包括： 采集流過感抗的電網三相電流信號； 將所述電網三相電流信號與參考電流信號進行加減比較，得到誤差信號； 將所述誤差信號經過第一 PI控制器生成電壓參考值，將所述電壓參考值經過SVM控制 器后的輸出疊加至PWM控制器的輸入端； 將零序電流與零序參考電流進行加減比較，將加減比較后得到的結果經過第二PI控制 器后疊加至PWM控制器的輸入端； 通過PWM控制器對輸出電壓進行調節； 根據EL方程模型建立逆變控制模型，在電網不平衡情況下，對所述光伏并網逆變器進 行控制。2. 如權利要求1所述的光伏并網逆變器控制方法，其特征在于，所述將所述電網三相電 流信號與參考電流信號進行加減比較，得到誤差信號包括： 將所述電網三相電流信號進行Clark變換得到αβ坐標系下的電流以及零序電流； 將所述邱坐標系下的電流進行park變換得到dq坐標系下的電流信號，將dq坐標系下的 電流信號與參考電流的dq電流分量分別進行加減比較得到所述誤差信號。3. 如權利要求2所述的光伏并網逆變器控制方法，其特征在于，所述將所述誤差信號經 過第一 PI控制器生成電壓參考值包括： 將所述誤差信號經過所述第一 PI控制器生成dq坐標系下的電壓參考值； 通過反park變換生成在αβ坐標系下的電壓參考值。4. 如權利要求2所述的光伏并網逆變器控制方法，其特征在于，將dq坐標系下的電流信 號與參考電流的dq電流分量分別進行加減比較，得到所述誤差信號，所述誤差信號經過第 一 PI控制器后的輸出值逐漸趨近于dq坐標系下的電壓參考值。5. 如權利要求1所述的光伏并網逆變器控制方法，其特征在于，將零序電流與零序參考 電流進行加減比較，將加減比較后得到的結果經過第二PI控制器后的輸出值逐漸趨近于零 序參考電流。6. 如權利要求3所述的光伏并網逆變器控制方法，其特征在于:對αβ坐標系下的電流進 行park變換與對dq坐標系下的電壓參考值進行的反park變換互為反向。7. 如權利要求1所述的光伏并網逆變器控制方法，其特征在于： 所述逆變控制模型的模型為三相靜止坐標系下的數學模型，所述逆變控制模型為基于 EL方程模型的無源控制器。8. 如權利要求7所述的光伏并網逆變器控制方法，其特征在于， 所述根據基于EL方程模型建立逆變控制模型包括： 獲取逆變器交流側的三相線電壓和三相電流； 獲取逆變器直流側最大功率點電壓和最大功率點電流； 根據所述逆變器交流側的三相線電壓和三相電流，及所述逆變器直流側最大功率點電 壓和最大功率點電流，基于EL方程模型建立逆變控制模型； 所述逆變控制模型的輸入為所述逆變器交流側的三相線電壓和三相電流，及所述逆變 器直流側最大功率點電壓和最大功率點電流;所述逆變器的輸出為三相靜止坐標系下的開 關函數。9. 如權利要求7所述的光伏并網逆變器控制方法，其特征在于，所述根據基于EL方程模 型建立逆變控制模型包括： 對所述逆變器交流側的三相線電流進行park變換，以獲得dq坐標系下的交流側電流； 對所述逆變器在三相靜止坐標系下的線開關函數進行park變換，獲得dq坐標系下的開 關函數； 對所述逆變器交流側的三相線電壓進行park變換，獲得dq坐標系下的交流側電壓； 將所述dq坐標系下的交流側電流，dq坐標系下的開關函數，dq坐標系下的交流側電壓 代入所述逆變器在三相靜止坐標系下的數學模型，獲得所述逆變器在dq坐標系下的數學模 型； 根據EL方程模型和所述逆變器在dq坐標系下的數學模型建立所述逆變控制模型。10. 如權利要求7所述的光伏并網逆變器控制方法，其特征在于，所述逆變控制模型的 輸出為：其中，Δ 5 = 5^^。；^分別為所述逆變控制模型的輸出在三相靜止坐標系下的 開關函數，34、53。々。分別為所述逆變控制模型的輸出在三相靜止坐標系下的線開關函數。
【文檔編號】H02M7/537GK105958808SQ201510947249
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2015年12月16日
【發明人】郭利輝, 張元敏
【申請人】許昌學院