一种逆变器Boost电流环矢量辅助控制方法与流程

本发明涉及光伏逆变器控制技术领域，具体是涉及一种逆变器Boost电流环矢量辅助控制方法。

背景技术：

作为光伏发电的关键设备，分布式光伏并网逆变器多采用直流-直流升压、直流-交流逆变2级并网拓扑结构(升压侧1和逆变侧2)，参照图1所示，逆变侧2控制并网电流和直流母线电压，升压侧1控制电池板输入电流和电池板电压，完成最大功率点的跟踪；

由于母线电压平均值对于Boost升压来说是恒定的，而太阳能电池板的电压软特性，使得简单的固定Boost占空比就能够实现电池输入电压的控制，但是在单相并网逆变器中母线上存在幅值较大的2倍于功率的功率脉动，采用固定占空比的控制方式，输出的功率越高，母线电容值越低，Boost电感越小，Boost电流的振荡幅值就越高，使得Boost电感损耗增大，系统稳定性降低。

参照图2所示，现有的控制方法是通过提取控制偏差电流Ie，通过PI控制实现Boost电流环，在功率较小，母线波纹不大的时候能够满足要求，但是当输出功率增大，母线电压波纹变大之后，Boost电流波纹也随之增大，若直流输入为光伏电池板，随着电流搏动，输入电压也随之波动，必然会影响电池板的最大功率点跟踪。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，现旨在提供一种逆变器Boost电流环矢量辅助控制方法，以使输出的电流不因母线波纹影响而搏动。

具体技术方案如下：

一种逆变器Boost电流环矢量辅助控制方法，提供第一采集单元用于实时采集偏差电流，还包括：

采集步骤，提供第二采集单元用于实时采集母线波纹；

分解步骤，提供第一正交提取器对所述偏差电流进行正交分解，得到第一实数分量以及第一虚数分量；

提供第二正交提取器对所述母线波纹进行正交分解，得到第二实数分量以及第二虚数分量；

运算步骤，提供第一矢量合成单元以生成第一控制电流，所述第一控制电流为一第一中间分量与第二中间分量之和，所述第一中间分量为第一实数分量乘以第二实数分量，所述第二中间分量为第一虚数分量乘以第二虚数分量；

提供第二矢量合成单元以生成第二控制电流，所述第二控制电流为一第三中间分量与第四中间分量之差，所述第三中间分量为第一虚数分量乘以第二实数分量，所述第二中间分量为第一实数分量乘以第二虚数分量；

控制步骤，提供积分控制器，分别对第一控制电流和第二控制电流进行积分控制以使第一控制电流和第二控制电流为零。

进一步地，所述运算步骤中，所述第一矢量合成单元包括第一乘法器，所述第一乘法器用于实现所述第一实数分量和第二实数分量的乘法运算以得到第一中间分量。

进一步地，所述运算步骤中，所述第一矢量合成单元包括第二乘法器，所述第二乘法器用于实现所述第一虚数分量和第二虚数分量的乘法运算以得到第二中间分量。

进一步地，所述运算步骤中，所述第一矢量合成单元包括第一加法器，所述第一加法器用于实现所述第一中间分量和第二中间分量的求和运算以得到第一控制电流。

进一步地，所述运算步骤中，所述第二矢量合成单元包括第三乘法器，所述第三乘法器用于实现所述第一虚数分量和第二实数分量的的乘法运算以得到所述第三中间分量。

进一步地，所述运算步骤中，所述第二矢量单元包括第四乘法器，所述第四乘法器用于实现所述第一实数分量和第二虚数分量之间的乘法运算以得到所述第四中间分量。

进一步地，所述运算步骤中，所述第二矢量单元包括第一减法器，所述第一减法器用于实现所述第三中间分量和第四中间分量的减法运算以得到所述第二控制电流。

进一步地，所述控制步骤中，所述积分控制器包括第一积分控制单元，所述第一积分控制单元的两个输入端分别接收第二实数分量和第一控制电流。

进一步地，所述控制步骤中，所述积分控制器包括第二积分控制单元，所述第二积分控制单元的两个输入端分别接收第二虚数分量和第二控制电流。

进一步地，所述控制步骤中，还包括第二减法器，所述第二减法器的两个输入端分别耦接于第一积分控制单元以及第二积分控制单元。

上述技术方案的积极效果是：

上述的逆变器Boost电流环矢量辅助控制方法，通过母线波纹采集以及误差电流采集，同时进行闭环控制处理，在频率变化的情况下，该控制方法相比于比例谐振控制器更为稳定。

附图说明

图1为现有的一种光伏并网逆变器拓扑图；

图2为现有的一种光伏并网逆变器控制方法框架图；

图3为本发明的一种光伏并网逆变器控制方法框架图；

图4为本发明的第一正交提取单元框架图；

图5为本发明的电流矢量分析图；

附图中：1、升压侧；2、逆变侧；101、第一采集单元；102、第二采集单元；200、PI控制单元；301、第一正交提取器；302、第二正交提取器；401、第一乘法器；402、第二乘法器；403、第三乘法器；404、第四乘法器；411、第一加法器；421、第一减法器；422、第二减法器；431、第一积分控制丹云；432、第二积分控制单元。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1至附图5对本发明提供的技术方案作具体阐述，但以下内容不作为本发明的限定。

参照图1所示，现有的光伏并网逆变器结构如下，定义Vpv为Boost输入电压，Vbus为Boost输出电压，Idc为Boost电流，L为Boost电感值，Ton为BoostPwm的开通系数取值范围0-1，定义Boost电路工作在连续电流模式下，求单个PWM周期内电流增量

化简为：

在电流环控制周期内，Vpv可以认为是一个常量，则电流环的控制输出为BoostPwm，Vbus纹波为干扰源。

SIMULINK中采用PI控制单元实现Boost电流环，在功率比较小，母线纹波不大的时候能够满足要求，但是当输出功率增大，母线电压纹波变大之后,Boost电流纹波也随之增大。若直流输入为光伏电池板，随着电流波动，输入电压也随之波动，必然会影响池板的最大功率点跟踪。PI控制单元原理如下是控制领域最基础的控制方法。P为比例，I为积分，PI控制单元的输出为输入×比例+输入的积分。PI控制器的传递函数为

本文提出的控制策略主旨为使用PI控制器控制直流量，借助正交正弦提取器补偿干扰的交流量。一种逆变器Boost电流环矢量辅助控制方法，提供第一采集单元101用于实时采集偏差电流Ie,偏差电流Ie的提取通过减法器实现，还包括：

采集步骤，提供第二采集单元102用于实时采集母线波纹；如图3所示，第二采集单元102用于采集母线波纹，为母线2倍工频纹波，也就是通过对Vbus的数据进行处理得到母线波纹，先对母线电压进行低通滤波，母线电压减去低通滤波值即得到母线纹波，把结果输入正交正弦提取器即得到纹波实数X和虚数Y。

纹波计算的传递函数

分解步骤，提供第一正交提取器301对所述偏差电流进行正交分解，得到第一实数分量以及第一虚数分量；提供第二正交提取器302对所述母线波纹进行正交分解，得到第二实数分量以及第二虚数分量；通过正交正弦提取器(图中5)提取母线纹波的第二实数分量X、第二虚数分量Y，再提取电流控制偏差的第一实数分量Ieα、第一虚数分量Ieβ进行运算输出控制电流纹波为零。正交正弦提取器离散状态方程：

其中X(n),Y(n)为正交正弦提取器输出，U(n)为提取器的输入，a∈(0,1)为滤波系数，T为采样周期，ω为提取的正弦信号中心频率。对母线纹波进行正交提取，得到X为与纹波同相位的正弦信号，得到Y为相位滞后90°的正弦信号，幅值均与母线纹波相同。同理对直流电流控制偏差进行正交提取，得到Ieα、Ieβ。

运算步骤，提供第一矢量合成单元以生成第一控制电流，所述第一控制电流为一第一中间分量与第二中间分量之和，所述第一中间分量为第一实数分量乘以第二实数分量，所述第二中间分量为第一虚数分量乘以第二虚数分量；

提供第二矢量合成单元以生成第二控制电流，所述第二控制电流为一第三中间分量与第四中间分量之差，所述第三中间分量为第一虚数分量乘以第二实数分量，所述第二中间分量为第一实数分量乘以第二虚数分量；

所述运算步骤中，所述第一矢量合成单元包括第一乘法器401，所述第一乘法器401用于实现所述第一实数分量和第二实数分量的乘法运算以得到第一中间分量。所述第一矢量合成单元包括第二乘法器402，所述第二乘法器402用于实现所述第一虚数分量和第二虚数分量的乘法运算以得到第二中间分量。所述第一矢量合成单元包括第一加法器411，所述第一加法器411用于实现所述第一中间分量和第二中间分量的求和运算以得到第一控制电流。所述第二矢量合成单元包括第三乘法器403，所述第三乘法器403用于实现所述第一虚数分量和第二实数分量的的乘法运算以得到所述第三中间分量。所述第二矢量单元包括第四乘法器404，所述第四乘法器404用于实现所述第一实数分量和第二虚数分量之间的乘法运算以得到所述第四中间分量。所述第二矢量单元包括第一减法器421，所述第一减法器421用于实现所述第三中间分量和第四中间分量的减法运算以得到所述第二控制电流。以母线纹波的实轴和虚轴构建平面直角坐标系，Ieα为Boost电流控制误差实数，Ieβ为虚数，再参考母线纹波的向量(X,Y),构建d-q轴旋转坐标系，参照图5所示，将Boost电流控制偏差分解为Ied,Ieq:

Ied＝Ieα×cosθ+Ieβ×sinθ

Ieq＝Ieβ×cosθ-Ieα×sinθ

对Ied,Ieq分别作积分控制，使Ied,Ieq为零；

输出为

便达成了控制目标得到尽可能小的Boost电流纹波。但是直接应用这2条公式存在一个问题，求cosθ需要开平方和除法运算，对MCU负担大，而且在母线纹波较小时误差偏大。所以，本文将公式中cosθ替换为X，sinθ替换为Y，减少CPU计算量，使得输出跟随母线纹波增大而增大。对其进行积分并耦合输出得出图3所示控制框架。

控制步骤，提供积分控制器，分别对第一控制电流和第二控制电流进行积分控制以使第一控制电流和第二控制电流为零。所述控制步骤中，所述积分控制器包括第一积分控制单元，所述第一积分控制单元的两个输入端分别接收第二实数分量和第一控制电流。所述积分控制器包括第二积分控制单元432，所述第二积分控制单元432的两个输入端分别接收第二虚数分量和第二控制电流。还包括第二减法器422，所述第二减法器422的两个输入端分别耦接于第一积分控制单元以及第二积分控制单元432。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。