专利名称：三相独立控制并网逆变控制系统及控制方法
技术领域：
本发明属于基于大功率太阳能逆变控制系统领域，尤其涉及一种三相独立控制的并网逆变控制系统。
背景技术：
随着经济的不断发展，能源和环境问题日显突出。为了实现能源和环境的可持续发展，各国都加大了对新能源的投入。从长远看，太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。同时随 着电力电子装置的应用越来越广泛，他们的存在使电能得到有效利用，但其自身所具有的非线性也使得电网的电流和电压发生畸变，给电网中其他设备及电网本身的安全运行带来不利的影响。因此，抑制电网中的谐波、提高装置的功率因素已成为电力电子、电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正受到越来越多的关注。高科技产品的日新月异，对新技术的发展及节能环保提出更高的要求。传统的独立控制三相逆变控制系统采用的锁相使用的是过零比较的方法，根据跟踪源与输出电压之间的相位差，微调PWM调制正弦波的查表步长，减小两者之间的相位差，对相位进行锁定。通过改变输出周期的方式来调整相位，最后使得输出与市电的波形同步同相位达到锁相的目的。这种锁相的精度不高，开关频率越高精度越差。而一般的DQ锁相是结合空间矢量控制的控制方法和SVPWM在三相逆变系统实现，将DQ锁相应用于耦合的三相逆变系统中，使用的是空间矢量变换的控制方式，根据运算给出参考电流的D轴和Q轴分量，作为电流环的输入进行控制。控制调制方法相对复杂。
发明内容
本发明则提供一种三相独立控制的带变压器并网逆变控制系统，三相独立的电流电压环双环PI控制、前馈控制保证逆变器正常输出设定的功率值；应用于该三相独立控制的DQ锁相保证输出电流与电网同频同相。本发明通过如下技术方案实现一种三相独立控制并网逆变控制系统，包括逆变器，滤波器，变压器，DQ锁相控制装置，三相独立的电压电流双环PI控制模块，前馈控制模块，三相DQ锁相与三相独立控制结合模块，SPWM调制器；所述DQ锁相控制装置基于同步旋转坐标变换和反馈控制策略完成闭环锁相；所述三相独立的电压电流双环PI控制模块，电压环采用输入电压与参考电压基准进行比较，误差信号进行PI控制输出后作为电流环基准进行PI控制；所述三相DQ锁相与三相独立控制结合模块，用于将DQ锁住的三相应用于电流环的PI控制中作为电流环的参考；所述逆变器与滤波器及SPWM调制器电连接，滤波器与变压器电连接，DQ锁相与变压器及三相独立的电压电流双环PI控制模块电连接，前馈控制模块与三相独立的电压电流双环PI控制模块与SPWM调制器电连接。进一步的所述三相独立控制的电压电流双环PI控制模块，电压环用来跟踪输入电压，由MPPT的输出作为电压环的反馈输入，PV电压作为参考电压经过PI控制输出，通过电压环的输出乘上由 三相DQ锁相方法得出的相位角度作为电流环给定的相位，进行电流和电压的PI控制。进一步的所述三相独立控制并网逆变控制系统，其特征在于，所述三相DQ锁相与三相独立控制的结合模块,通过DQ锁相控制方式锁住三相系统中的a相，加上ba、ca相之间的角度差分别为120度和240度，得到b、c相的相位，同时三相均加入变压器的角度30度，应用于电流环的PI控制中作为电流环的参考。进一步的所述前馈控制模块，把市电的有效值和单相DQ锁相的角度结合代替市电生成新的前馈信号。其中三相独立的电压电流双环PI控制模块包括电压环PI控制和电流环控制。本发明的控制过程为三相DQ锁相是基于同步旋转坐标变换和反馈控制策略的闭环锁相技术。三相独立的电流电压双环PI控制，电压环用来跟踪输入电压，由MPPT的输出作为电压环的反馈输入，PV电压作为参考电压经过PI控制输出，通过电压环的输出乘上由三相DQ锁相方法得出的相位角度作为电流环给定的相位，进行电流和电压的PI控制。三相DQ锁相与三相独立控制的结合，其特征在于，通过DQ锁相控制方式锁住三相中的a相，加上ba、ca相之间的角度差分别为120度和240度，得到b、c相的相位，同时三相均加入变压器的角度30度，三相独立应用于电流环的三相PI控制中作为电流环的参考。前馈控制，把市电的有效值和三相DQ锁相的角度结合代替市电生成新的前馈信号。能够减少市电本身的干扰引起输出不稳定。作为本发明的进一步改进，所述控制方式可应用于单相逆变并网控制系统中。本发明还提供一种三相独立控制并网逆变控制方法，所述控制方法具体控制步骤如下步骤I :DQ锁相基于同步旋转坐标系变换的三相系统闭环锁相，得出市电相角与锁相角之间的误差彳目息；步骤2 电压环采用输入电压与参考电压基准进行比较，得出的误差信号进行PI控制输出后作为电流环基准进行PI控制；步骤3 :将市电的有效值和单相DQ锁相的角度结合代替市电生成新的前馈信号；步骤4 :电流环控制的输出加上前馈控制的量作为最终的输出量作为SPWM调制的调制信号，输出驱动逆变器，使整个三相并网逆变系统运行。进一步的所述步骤2中电压环用来跟踪输入电压，由MPPT的输出作为电压环的反馈输入，PV电压作为参考电压经过PI控制输出，通过电压环的输出乘上由三相DQ锁相方法得出的相位角度作为电流环给定的相位，进行电流和电压的PI控制。进一步的所述步骤4中输出驱动逆变器具体为驱动逆变器的功率管。进一步的所述三相独立控制并网逆变控制方法可应用于单相逆变并网控制。本发明的有益效果为本发明三相独立控制的带变压器并网逆变控制系统采用三相DQ锁相应用于独立控制的三相并网逆变控制系统中，相比传统的锁相方式明显的提高了锁相精度，功率越大、开关频率越低的情况下优势更显著。而且结合三相独立的电压电流环的PI控制简化了 DQ变换的控制调制方式，保证逆变器正常输出设定的功率值及输出电流与电网同频同相。
图I是所述三相独立控制并网逆变控制系统框图。图2是所述三相独立控制DQ锁相控制框图。
具体实施例方式以下结合附图I、附图2对本三相独立控制的带变压器并网逆变控制系统的具体实施方式
进行进一步的说明。建立三相带变压器并网逆变系统模型 本发明提供的一种三相独立控制的带变压器并网逆变控制系统是基于图I所述的三相带变压器并网逆变系统模型之上的。由PV输入1，逆变器2，滤波器3，变压器4组成，输出直接并网。DQ锁相环和三相独立控制的结合第一步，DQ锁相基于同步旋转坐标系变换的三相系统闭环锁相。如图2所述，三相市电先经abc-a ^坐标变换得到复平面上的向量^和、，然后利用锁相角0P的正、余弦量经过a P _dq坐标变换,得到旋转坐标系下的向量Vd和Vq,由于旋转向量Vq因含有市电相位角和锁相角之间的误差信息，因此Vq经控制器C (S)后得到频率调节量《。，然后与标称频率Qtl叠加积分得到锁相角0P。标称频率Qtl作为前馈控制量其作用是提高调节速率，缩小控制调节量的变换范围。三项市电的相电压可表示为
Vfli =I cos"
2I VbN = Um COS(0--7T)
2
=^BCOS(^ + -^)
13( I )三项相电压由abc静止坐标系到a ^复平面坐标系的转换关系为
w 2卜-i -I Im
L 2 2 ]L'』V」(2)a ^复平面坐标系再到dq同步旋转坐标系下的坐标变换关系为
VrfI [ cos & sin^ ITva= . an
Lv9J L_sm4 cos4」Lv/d(”其中，上式(3)中的同步旋转坐标系变换用到的0P市电锁相角。将(1)，⑵代入(3)，可以计算出同步旋转坐标系下的电压分量为KI TJ rcos(^-^)i=Um
LM LS1H)」(4)从(4)式可以看出，旋转坐标系下的电压分量可以反映出市电真是相位角和锁相角之间的误差信息，因此，通过求取旋转坐标系下的向量^和V,，就可以得出市电相角与锁相角之间的误差彳目息。第二步，DQ锁相5得到的a相的角度0，因为三相系统的对称性，三相电流振幅相等，且相位互差120°。同时加上变压器角度30°。故经过角度变换得到b、c相与a相的关系0a=0p+3O。 0 b= 0 a+120°0 c= 0 a+240°电压环控制6用来跟踪输入电压，由MPPT的输出作为电压环的反馈输入，PV电压作为参考电压经过PI控制，电压环的输出作为电流环控制7给定幅值的参考，乘上锁相得至IJ相角ea、eb、0。的余弦值。作为三相独立控制电流环7的实时给定1#、4^1。^，然后再经过电流环的Pi控制。第三步，前馈控制8，把市电的有效值和单相DQ锁相的角度结合代替市电生成新的前馈信号，能够很好的预防市电的干扰。市电的有效值U S，PV电压则三相独立控制的前
馈量
Uaforward、^bforward ^ ^cforward 分别为Uaforward=UrmsCOS ( 9 a) /UdcUbforward=UrmsCOS ( 9 b) /Udc
Ucforward=UrmsCos ( 9 c) /Udc第四步，电流环控制的输出加上前馈控制的量作为最终的输出量作为SPWM调制的调制信号，输出驱动逆变器2的功率管，使整个三相并网逆变系统运行。本发明的三相独立控制的带变压器并网逆变控制系统适用于三相并网逆变系统，DQ锁相与三相独立控制相结合能够很好的实现大功率、低频率下的锁相，并且精度高，电压电流双环控制方式简单。加入有效值的前馈控制能够减少电网扰动引起的干扰。整个控制系统本发明能够保证逆变器输出设定的功率值同时保证输出电流与电网同频同相。以上具体实施方式
对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
权利要求
1.一种三相独立控制并网逆变控制系统，其特征在于，所述三相独立控制并网逆变控制系统包括逆变器，滤波器，变压器，DQ锁相控制装置，三相独立的电压电流双环PI控制模块，前馈控制模块，三相DQ锁相与三相独立控制结合模块，SPWM调制器； 所述DQ锁相控制装置基于同步旋转坐标变换和反馈控制策略完成闭环锁相； 所述三相独立的电压电流双环PI控制模块，电压环采用输入电压与参考电压基准进行比较，误差信号进行PI控制输出后作为电流环基准进行PI控制； 所述三相DQ锁相与三相独立控制结合模块，用于将DQ锁住的三相应用于电流环的PI控制中作为电流环的参考； 所述逆变器与滤波器及SPWM调制器电连接，滤波器与变压器电连接，DQ锁相与变压器及三相独立的电压电流双环PI控制模块电连接，前馈控制模块与三相独立的电压电流双环PI控制模块与SPWM调制器电连接。
2.如权利要求I所述三相独立控制并网逆变控制系统，其特征在于，所述三相独立控制的电压电流双环PI控制模块，电压环用来跟踪输入电压，由MPPT的输出作为电压环的反馈输入，PV电压作为参考电压经过PI控制输出，通过电压环的输出乘上由三相DQ锁相方法得出的相位角度作为电流环给定的相位，进行电流和电压的PI控制。
3.如权利要求I所述三相独立控制并网逆变控制系统，其特征在于，所述三相DQ锁相与三相独立控制的结合模块，通过DQ锁相控制方式锁住三相系统中的a相，加上ba、ca相之间的角度差分别为120度和240度，得到b、c相的相位，同时三相均加入变压器的角度30度，应用于电流环的PI控制中作为电流环的参考。
4.如权利要求I所述三相独立控制并网逆变控制系统，其特征在于，所述前馈控制模块，把市电的有效值和单相DQ锁相的角度结合代替市电生成新的前馈信号。
5.如权利要求I所述三相独立控制并网逆变控制系统，其特征在于，所述三相独立控制并网逆变控制系统可应用于单相逆变并网控制系统。
6.一种三相独立控制并网逆变控制方法，其特征在于，所述三相独立控制并网逆变控制方法，包括如下步骤 步骤I :DQ锁相基于同步旋转坐标系变换的三相系统闭环锁相，得出市电相角与锁相角之间的误差 目息； 步骤2 :电压环采用输入电压与参考电压基准进行比较，得出的误差信号进行PI控制输出后作为电流环基准进行PI控制； 步骤3 :将市电的有效值和单相DQ锁相的角度结合代替市电生成新的前馈信号； 步骤4 :电流环控制的输出加上前馈控制的量作为最终的输出量作为SPWM调制的调制信号，输出驱动逆变器，使整个三相并网逆变系统运行。
7.如权利要求6所述三相独立控制并网逆变控制方法，其特征在于，所述步骤2中电压环用来跟踪输入电压，由MPPT的输出作为电压环的反馈输入，PV电压作为参考电压经过PI控制输出，通过电压环的输出乘上由三相DQ锁相方法得出的相位角度作为电流环给定的相位，进行电流和电压的PI控制。
8.如权利要求6所述三相独立控制并网逆变控制方法，其特征在于，所述步骤4中输出驱动逆变器具体为驱动逆变器的功率管。
9.如权利要求6所述三相独立控制并网逆变控制方法，其特征在于，所述三相独立控制并网逆变控制方法可应 用于单相逆变并网控制。
全文摘要
本发明公开了一种三相独立控制并网逆变控制系统及控制方法，所述三相独立控制并网逆变控制方法，包括如下步骤步骤1DQ锁相基于同步旋转坐标系变换的三相系统闭环锁相，得出市电相角与锁相角之间的误差信息；步骤2电压环采用输入电压与参考电压基准进行比较，得出的误差信号进行PI控制输出后作为电流环基准进行PI控制；步骤3将市电的有效值和单相DQ锁相的角度结合代替市电生成新的前馈信号；步骤4电流环控制的输出加上前馈控制的量作为最终的输出量作为SPWM调制的调制信号，输出驱动逆变器，使整个三相并网逆变系统运行。
文档编号H02J3/40GK102709951SQ20121016695
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月26日 优先权日2012年5月26日
发明者庄书琴 申请人:深圳市中兴昆腾有限公司