专利名称：一种三相太阳能逆变输出波形动态补偿控制方法
技术领域：
本发明涉及一种三相太阳能输出波形控制方法，尤其是涉及一种三相太阳能逆 变输出波形动态补偿控制方法。
背景技术：
在太阳能发电系统中，太阳能电池阵列产生的直流电经过逆变器转换为交流 电，输出给用户的交流电的质量是衡量逆变器性能的一个重要指标。然而由于系统设计 中存在的参数不匹配或一些非线性现象，如电路中电阻、电容和电感参数的偏差和功率 管的开关死区等，使得输出波形有较大的谐波；另一方面由于非线性负载及动态上载和 去载等的影响，也会使得输出波形发生严重畸变。高品质的输出是太阳能发电系统并入 大电网的必要条件，同时高品质的输出对于离网运行的太阳能发电系统是有效保障各类 用电设备正常可靠运行的关键因素。因此，随着太阳能发电的推广和应用，逆变输出波 形控制技术愈发重要。随着高速数字信号处理器(DSP)的迅速发展和应用，当今的太阳能逆变系统控 制大部分采用数字控制方法，硬件设计简单，调试方便，可靠性高，能克服模拟控制存 在的分散性大、温度漂移及器件老化等问题。由于DSP具有超强的数据处理能力和快的 响应速度，配合高性能的模数转换器，DSP能瞬时读取太阳能逆变输出值，采用先进的 控制策略，可以对负载动态变化产生的谐波进行动态补偿，使得逆变器输出高品质的波 形。对于三相输出太阳能系统，如果使用三个独立的全桥单相逆变器，会增加功率 开关管如IGBT的数目，成本升高，同时采取三个控制系统，计算量大，难以控制三相 平衡。采用三相半桥拓扑的逆变器，减少了功率开关管的数目，降低了成本，但三相输 出相互影响，加大了控制算法的难度。本发明主要针对后一种逆变器设计了新的控制方法。目前，实现三相太阳能逆变输出的波形控制技术有(1)比例积分控制(PI控 制)。三相输出信号经调理电路送入DSP数模转换单元，将转换结果存于DSP中，经 Clarke和Park变换后，生成电流dq分量，得到输出电流的反馈信号，再与给定dq分量进 行比较，其偏差信号经PI控制器，得到脉冲控制量。单单使用PI控制的方法能有较好 的动态性能，但是输出波形的稳态性能较差。(2)对三相分别使用重复控制方法。利用 控制系统的内模原理，设计一个重复控制器，使得系统能跟踪输出误差，用一个周期信 号保持器消除周期参考信号或者扰动引起的周期跟踪误差。重复控制能保证输出波形， 但由于重复控制得到的控制指令不是立即输出给系统，而是滞后一个参考周期信号才输 出，使得干扰出现后的一个参考周期内，系统对干扰不产生任何调节作用，因此重复控 制系统的动态响应速度非常慢。(3)对三相分别使用PI控制和重复控制相结合的方法。 对每一相输出信号经调理电路、AD转换后的结果存入DSP中，得到单相输出的反馈信 号，将此反馈信息与给定正弦表的相应数据进行比较，其偏差信号根据PI控制算法得到脉冲控制量；同时对每相实施重复控制方法，将控制输出量叠加在PI控制器的输出上， 保证每相输出波形的稳态性能和动态性能。后两种方法对每相单独控制，难以控制三相 的平衡，在PI控制和重复控制相结合的方法中，由于重复控制输出量总是叠加在PI控制 输出上，当负载发生较大的扰动时，如上载和去载过程中，电压会总体抬高或降低，输 出正负不对称，在隔离变压中引起较大的直流分量，会导致直流偏磁现象，严重影响变 压器的运行。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单、高效、 易于实现的三相太阳能逆变输出波形动态补偿控制方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种三相太阳能逆变输出波形动态补偿控制方法，其特征在于，该方法包括以 下步骤1)三相太阳能逆变输出电压电流信号经信号调理电路处理后输入到DSP中， DSP采用模糊PI控制方法对其进行三相矢量控制、计算调制比、计算三相SPWM波的脉 宽；2)DSP计算电流瞬间变化监控值，判断该值是否超过阈值，若为是，执行步骤 3)，若为否，执行步骤4)；3)DSP对每相一个周期内每个离散点的自学习补偿量和当前补偿偏差量全部清 零，执行步骤5)；4)DSP对每相计算当前电流输出与理想正弦波的偏差，根据该偏差设定补偿偏 差量，执行步骤5)；5)DSP计算每相的下一个周期自学习补偿量；6)DSP将步骤5)计算所得的每项的下一个周期自学习补偿量加到各自的SPWM 波的脉宽上，得到最终的SPWM波的脉宽，并输出三相SPWM波。所述的步骤1)中的DSP采用模糊PI控制方法对其进行三相矢量控制、计算调制 比、计算三相SPWM波的脉冲宽度过程如下a.DSP获得三相电压电流值；b.对三相信号进行Clarke变换，将三个标量的控制通过空间矢量变换方法转换为 一个矢量的控制；c.进行Park变换，实现解耦控制得到d_q轴分量值ud，id和uq，iq ；d.利用ud、Uq和太阳能直流端最大功率追踪控制器得到的功率值，计算出电流信 号给定值I和ζ;
权利要求
1.一种三相太阳能逆变输出波形动态补偿控制方法，其特征在于，该方法包括以下 步骤1)三相太阳能逆变输出电压电流信号经信号调理电路处理后输入到DSP中，DSP采 用模糊PI控制方法对其进行三相矢量控制、计算调制比、计算三相SPWM波的脉宽；2)DSP计算电流瞬间变化监控值，判断该值是否超过阈值，若为是，执行步骤3)， 若为否，执行步骤4)；3)DSP对每相一个周期内每个离散点的自学习补偿量和当前补偿偏差量全部清零， 执行步骤5)；4)DSP对每相计算当前电流输出与理想正弦波的偏差，根据该偏差设定补偿偏差 量，执行步骤5)；5)DSP计算每相的下一个周期自学习补偿量；6)DSP将步骤5)计算所得的每项的下一个周期自学习补偿量加到各自的SPWM波的 脉宽上，得到最终的SPWM波的脉宽，并输出三相SPWM波。
2.根据权利要求1所述的一种三相太阳能逆变输出波形动态补偿控制方法，其特征在 于，所述的步骤1)中的DSP采用模糊PI控制方法对其进行三相矢量控制、计算调制比、 计算三相SPWM波的脉冲宽度过程如下a.DSP获得三相电压电流值；b.对三相信号进行Clarke变换，将三个标量的控制通过空间矢量变换方法转换为一 个矢量的控制；C.进行Park变换，实现解耦控制得到d_q轴分量值ud，id和uq，iq ；d.利用ud、uq和太阳能直流端最大功率追踪控制器得到的功率值，计算出电流信号给 定值^和ζ ；e.id和iq分别与给定^和^值进行比较，其差值作为模糊PI调节器的输入^AO = C-iAOeq(t) = Itq-IqH)f.设定模糊PI调节器参数，当ed(t)值大时，比例因子Kpd和积分因子Kld取大值；当 ed⑴值小时，Kpd和Kld取小值；g.计算模糊PI调节器输出i ‘ d (t) = i ‘ d(t-l) +Kpd (ed (t) -ed (t-1)) +Klded (t)i' q (t) = i' q (t-1) +Kpq (eq (t) -eq (t-1)) +Kiqeq (t)h.计算调制比M = ^i'd{tf+i'q{tfi.利用对称规则采样法计算三相双极性SPWM波的翻转时间CMPRX =ZL 21 + M sinf I Ν JJCMPR2 =ZL 21 + M sin(Ink U"2π
3.根据权利要求1所述的一种三相太阳能逆变输出波形动态补偿控制方法，其特征在 于，所述的步骤2)中的DSP计算电流瞬间变化监控值如下
4.根据权利要求1所述的一种三相太阳能逆变输出波形动态补偿控制方法，其特征在 于，所述的步骤4)中的DSP对每相计算当前电压输出与理想正弦波的偏差，根据该偏差 设定补偿偏差量步骤如下设Scmpr, k(t)初始值为零，对每相计算当前电流输出与理想正弦波的偏差ek(t) = i*k(t)-ik{t)设定自学习补偿值ecMPR, k(t)对|ek(t)|进行分段处理，在同一段内eeMPR, k(t)值保持不变；如果|ek(t)|为大值，则 ecMPR, k(t)取大值，如果|ek(t)|为小值，k(t)取小值；区间阈值的大小根据系统 参数决定。
5.根据权利要求1所述的一种三相太阳能逆变输出波形动态补偿控制方法，其特征在 于，所述的DSP计算每相的下一个周期自学习补偿量Scmpr, k(t+l)如下
全文摘要
本发明涉及一种三相太阳能逆变输出波形动态补偿控制方法，包括以下步骤1)DSP对三相太阳能逆变输出电压电流信号进行三相矢量控制；2)DSP计算电流瞬间变化监控值，判断该瞬间变化监控值是否超过阈值，若为是，执行步骤3)，若为否，执行步骤4)；3)DSP对每相一个周期内每个离散点的自学习补偿量和当前补偿偏差量全部清零，执行步骤5)；4)DSP对每相计算当前电流输出与理想正弦波的偏差，根据该偏差设定补偿偏差量，执行步骤5)；5)DSP计算每相的下一个周期自学习补偿量；6)DSP将步骤5)计算所得的每项的下一个周期自学习补偿量加到各自的SPWM波的脉宽上。与现有技术相比，本发明具有简单、高效等优点。
文档编号H02J3/38GK102013681SQ201010510479
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者卿湘运, 杨富文 申请人:华东理工大学