高频链矩阵式逆变器并联改进虚拟阻抗及功率滤波的方法与流程

本发明涉及电力电子高频链矩阵式逆变器并联控制方法领域，特别涉及高频链矩阵式逆变器并联系统功率滤波问题及基于二阶广义积分器SOGI的虚拟阻抗控制。

背景技术：

三相高频链矩阵式逆变器并联系统由高频逆变器、高频变压器、矩阵式变换器、滤波环节组成。其工作原理为：首先采样输出的三相电流电压，滤波后进行功率计算，对功率进行反下垂控制，得到参考电压信号，同时采用虚拟阻抗控制减小系统环流，产生参考电压后，进行电压电流双闭环控制。高频链矩阵式逆变器采用双向开关，能量可双向流动，采用了高频变压器，实现了电气隔离，降低了并联系统的体积。

针对于下垂控制中功率的滤波问题，一般方法是在功率计算后再采用低通滤波器进行滤波，滤波效果不是很理想，影响了系统的性能，也有对采样的电压电流进行滤波后，再进行功率的计算，但是这种方法需要过多的滤波器，降低了系统的性能。对于虚拟阻抗控制，为了减小输出电流中含有的固有噪声对并联系统的影响，基于二阶广义积分器SOGI的虚拟阻抗控制方法被提出，但是在三相逆变器并联系统中，需要采用过多的SOGI进行滤波，系统性能受到影响。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种能够有效减少SOGI数量、提高系统性能的基于改进功率滤波与基于SOGI虚拟阻抗相结合控制的高频链矩阵式逆变器并联改进虚拟阻抗及功率滤波的方法；

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明的三相高频链矩阵式逆变器并联系统由高频链矩阵式逆变器A、高频链矩阵式逆变器B、高频变压器A、高频变压器B、矩阵式变换器A、矩阵式变换器B、LC滤波环节A、LC滤波环节B组成；其中，高频链矩阵式逆变器A采用直流电源供电，高频链矩阵式逆变器A的输入相与直流电源相连，高频链矩阵式逆变器A的输出相与高频变压器A原边相连，高频变压器A的副边与矩阵式变换器A的输入相连，矩阵式变换器A的输出经过LC滤波环节A滤波；

高频链矩阵式逆变器B采用直流电源供电，高频链矩阵式逆变器B的输入相与直流电源相连，高频链矩阵式逆变器B的输出相与高频变压器B原边相连，高频变压器B的副边与矩阵式变换器B的输入相连，矩阵式变换器B的输出经过LC滤波环节B滤波；

高频链矩阵式逆变器A与高频链矩阵式逆变器B三相输出经过导线相连接，再连接三相负载，组成高频链矩阵式逆变器并联系统；

本发明所述方法的步骤如下：

步骤1，采样高频链矩阵式逆变器的三相输出电压电流，进行坐标变换得到I_α、I_β、U_α、U_β，其中I_α、I_β为αβ坐标系下高频链矩阵式逆变器输出电流,U_α、U_β为αβ坐标系下高频链矩阵式逆变器输出电压；

步骤2，采用SOGI只对αβ坐标系下的U_α、I_α进行滤波，产生U_α′、U_β′和I_α′、I_β′，此时的U_α′、U_β′、I_α′、I_β′相当于αβ坐标系下U_α、U_β、I_α、I_β进行滤波后的量，分别对U_α′、U_β′、I_α′、I_β′进行滤波，便可以分别对采样的三相电压电流量进行滤波；所述SOGI为二阶广义积分器；

步骤3，用U_α′，U_β′，I_α′，I_β′进行功率计算，计算后进行反下垂控制，产生给定电压值；

步骤4，对SOGI滤波后电流量I_α′，I_β′进行坐标变换，变换后进行基于SOGI的虚拟阻抗控制，功率滤波与虚拟阻抗控制共用一个滤波器；随后进行电压电流双闭环控制，电压环采用PI控制，电流环采用P控制，产生驱动波形控制高频链矩阵式逆变器并联系统。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：高频链矩阵式逆变器并联结构，解决了普通三相逆变器并联时系统体积大、重量重、效率低、动态响应特性差、音频噪声大等缺点。改进的前级功率滤波方法，在αβ坐标系下进行滤波，有效减小了滤波器的数量，提高了功率的质量，同时电流滤波与基于SOGI的虚拟阻抗控制共用一个滤波器，能够有效的减小系统对电流噪声的敏感度，有效减少了传统三相逆变器基于SOGI的虚拟阻抗控制方法中SOGI的数量，提高了系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明的三相高频链矩阵式逆变器的并联结构图。

图2为SOGI结构框图。

图3为传统的功率计算控制框图。

图4为本发明采用SOGI的功率滤波控制框图。

图5为本发明的高频链矩阵式逆变器改进前级功率滤波与基于SOGI的虚拟阻抗控制相结合的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的三相高频链矩阵式逆变器的并联结构。可见该系统由高频逆变器、高频变压器、矩阵式变换器、滤波环节组成。其中R₁，R₂，分别为两逆变器的线路电阻，R为负载，L₁，L₂，C₁，C₂分别为两逆变器的输出滤波电感和滤波电容，I₁，I₂分别为两逆变器的输出电流，高频链矩阵式逆变器采用双向开关，能量可双向流动，采用了高频变压器，实现了电气隔离，降低了并联系统的体积。解决了传统的逆变技术需要采用工频变压器实现电气隔离和电压匹配，导致并联系统体积大、重量重、效率低、动态响应特性差、音频噪声大的问题。

图2为SOGI结构框图。二阶广义积分器SOGI在指定频率处可实现极大的增益，能够滤除正弦波形中的杂波，同时具备输入输出同步无延时的优点。二阶广义积分器集低通滤波器和带通滤波器于一体，它能够从若干输入信号中提取一组所需的正交信号，还能滤除信号中含有的谐波分量。

图3为传统的功率计算控制框图。在传统的功率滤波方法中，首先对逆变器的输出电压电流进行采样，随后进行瞬时功率的计算，通过低通滤波器对计算出的有功功率P及无功功率Q进行滤波，对滤波后的有功功率及无功功率进行下垂控制。

图4为本发明的采用SOGI的功率滤波控制框图。首先采样逆变器三相输出电压电流，进行坐标变换，产生I_α，I_β，U_α，U_β，采用SOGI只对αβ坐标系下的U_α,I_α进行滤波，产生U_α′，U_β′和I_α′，I_β′，此时的U_α′，U_β′，I_α′，I_β′相当于αβ坐标系下U_α，U_β，I_α，I_β进行滤波后的量，用U_α′，U_β′，I_α′，I_β′进行功率计算，计算后进行反下垂控制。

图5为本发明的高频链矩阵式逆变器改进前级功率滤波与基于SOGI的虚拟阻抗控制相结合的控制框图。如图所示首先采样高频链矩阵式逆变器的三相输出电压和电流，随后进行坐标变换，变换后产生I_α，I_β，U_α，U_β，采用SOGI只对αβ坐标系下的U_α,I_α进行滤波，产生U_α′，U_β′和I_α′，I_β′，此时的U_α′，U_β′，I_α′，I_β′相当于αβ坐标系下U_α，U_β，I_α，I_β进行滤波后的量，用U_α′，U_β′，I_α′，I_β′进行功率计算，计算后进行反下垂控制，产生给定电压值，同时对SOGI滤波后电流量I_α′，I_β′，进行坐标变换，变换后进行虚拟阻抗控制。随后进行电压电流双闭环控制，电压环采用PI控制，电流环采用P控制，产生驱动波形控制高频链矩阵式逆变器并联系统。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。