基于SVPWM的光伏并网逆变器的电流滞环控制方法与流程

本发明涉及一种逆变器的电流滞环控制方法，属于电流滞环控制技术领域。

背景技术：

近年来，随着能源与环境问题的日益突出，作为可再生新能源的太阳能愈发受到国际社会的重视。然而，现有分布式电源产生的电能无法直接供给交流负荷，需要通过并网接口接入电网。目前，通常采用电压源型逆变器作为并网接口。因此，并网逆变器的控制性能直接影响光伏发电系统输出电能的质量。现有并网逆变器的控制方法主要包括比列积分pi控制法和电流滞环控制法。

比例积分pi控制法是在工业领域中常用的控制方法，其原理是采用三角波作为载波对输出电流信号与电流给定信号之间的误差电流信号进行spwm调制来控制开关器件。

电流滞环控制法的原理是控制实际并网电流信号在一定的滞环宽度内跟踪希望输出的参考并网电流信号，该方法具有控制原理简单、动态响应快和能够自动抑制电流峰值等优点。但是，实际并网电流信号的追踪效果与滞环宽度成反比，当要求更好的跟踪效果时，滞环宽度也要相应地减小。由此，会增大开关器件的损耗。更为严重的是，当开关器件的实际工作频率超过额定工作频率时，开关器件将会被损坏，导致电路无法正常工作，从而降低了整体系统的可靠性。

技术实现要素：

本发明为解决在现有光伏并网逆变器的电流滞环控制中，开关器件的工作频率大的问题，提出了一种基于svpwm的光伏并网逆变器的电流滞环控制方法。

本发明所述的基于svpwm的光伏并网逆变器的电流滞环控制方法，所述光伏并网逆变器包括a相桥臂、b相桥臂、c相桥臂、a相滤波电感l1、b相滤波电感l2和c相滤波电感l3；

a相桥臂的第一端、b相桥臂的第一端和c相桥臂的第一端均与太阳能电池板e的正极相连，a相桥臂的第二端、b相桥臂的第二端和c相桥臂的第二端均与太阳能电池板e的负极相连，a相桥臂的输出中点a、b相桥臂的输出中点b和c相桥臂的输出中点c分别与a相滤波电感l1的第一端、b相滤波电感l2的第一端和c相滤波电感l3的第一端相连，a相滤波电感l1的第二端同时与b相滤波电感l2的第二端和c相滤波电感l3的第二端相连，三者的公共端为中性点n，中性点n接入电网；

a相桥臂包括第一三极管q1、第一二极管d1、第一电容c1、第四三极管q4、第四二极管d4和第四电容c4，第一三极管q1的集电极同时与第一二极管d1的负极和第一电容c1的第一端相连，三者的公共端为a相桥臂的第一端，第一三极管q1的发射极同时与第一二极管d1的正极、第一电容c1的第二端、第四三极管q4的集电极、第四二极管d4的负极和第四电容c4的第一端相连，六者的公共端为a相桥臂的输出中点a，第四三极管q4的发射极同时与第四二极管d4的正极和第四电容c4的第二端相连，三者的公共端为a相桥臂的第二端，第一三极管q1的基极和第四三极管q4的基极分别为第一开关信号输入端和第四开关信号输入端；

b相桥臂包括第二三极管q2、第二二极管d2、第二电容c2、第五三极管q5、第五二极管d5和第五电容c5，第二三极管q2的集电极同时与第二二极管d2的负极和第二电容c2的第一端相连，三者的公共端为b相桥臂的第一端，第二三极管q2的发射极同时与第二二极管d2的正极、第二电容c2的第二端、第五三极管q5的集电极、第五二极管d5的负极和第五电容c5的第一端相连，六者的公共端为b相桥臂的输出中点b，第五三极管q5的发射极同时与第五二极管d5的正极和第五电容c5的第二端相连，三者的公共端为b相桥臂的第二端，第二三极管q2的基极和第五三极管q5的基极分别为第二开关信号输入端和第五开关信号输入端；

c相桥臂包括第三三极管q3、第三二极管d3、第三电容c3、第六三极管q6、第六二极管d6和第六电容c6，第三三极管q3的集电极同时与第三二极管d3的负极和第三电容c3的第一端相连，三者的公共端为c相桥臂的第一端，第三三极管q3的发射极同时与第三二极管d3的正极、第三电容c3的第二端、第六三极管q6的集电极、第六二极管d6的负极和第六电容c6的第一端相连，六者的公共端为c相桥臂的输出中点c，第六三极管q6的发射极同时与第六二极管d6的正极和第六电容c6的第二端相连，三者的公共端为c相桥臂的第二端，第三三极管q3的基极和第六三极管q6的基极分别为第三开关信号输入端和第六开关信号输入端；

第一三极管q1至第六三极管q6均为npn型三极管；

所述电流滞环控制方法包括：

步骤一、根据a相桥臂的输出中点a与中性点n间的电压uan、b相桥臂的输出中点b与中性点n间的电压ubn和c相桥臂的输出中点c与中性点n间的电压ucn与八个基本电压空间矢量的对应关系表得到a相滤波电感l1两端的电压ul1、b相滤波电感l2两端的电压ul2和c相滤波电感l3两端的电压ul3与八个基本电压空间矢量的对应关系表；

相滤波电感两端的电压＝相桥臂的输出中点与中性点间的电压-相电网电压；

步骤二、将一个并网电流周期等分为第一控制时域至第六控制时域，第一控制时域至第六控制时域分别对应第一三极管q1至第六三极管q6；

在一个控制时域内，该控制时域对应的三极管导通，其他的三极管截止；

第一控制时域至第六控制时域还分别对应第一逻辑变量至第六逻辑变量，当处于一个控制时域时，该控制时域对应的逻辑变量为1，其他的逻辑变量为0；

步骤三、根据a相滤波电感l1两端的电压ul1、b相滤波电感l2两端的电压ul2和c相滤波电感l3两端的电压ul3与八个基本电压空间矢量的对应关系表，分别得到a相滤波电感l1两端的电压ul1、b相滤波电感l2两端的电压ul2和c相滤波电感l3两端的电压ul3在第一控制时域至第六控制时域内的最大值与最小值，并以电压最小值小于零且电压最大值大于零为约束条件，分别得到第一逻辑变量至第六逻辑变量的有效时域；

步骤四、根据滞环电流比较器的三相输出信号、三相电流极性信号以及第一逻辑变量至第六逻辑变量，并通过逻辑电路分别得到第一开关信号至第六开关信号；

当相参考电流信号大于零时，相电流极性信号为1，当相参考电流信号小于零时，相电流极性信号为0；

步骤五、同时采用第一开关信号至第六开关信号驱动所述光伏并网逆变器，使第一三极管q1和第五三极管q5、第四三极管q4和第六三极管q6、第一三极管q1和第三三极管q3、第二三极管q2和第六三极管q6、第三三极管q3和第五三极管q5以及第二三极管q2和第四三极管q4依次在第一控制时域至第六控制时域内导通。

进一步的是，步骤四通过第一逻辑电路至第六逻辑电路分别得到第一开关信号至第六开关信号；

所述第一逻辑电路包括第一与门1、第二与门2、第三与门3、第一或门4和第二或门5，第一与门1的输出端与第二或门5的第一输入端相连，第二与门2的输出端和第一或门4的输出端分别与第三与门3的第一输入端和第二输入端相连，第三与门3的输出端与第二或门5的第二输入端相连，第一与门1的第一输入端和第二输入端分别为第二逻辑变量输入端和a相电流极性信号输入端，第二与门2的第一输入端和第二输入端分别为滞环电流比较器的a相输出信号的输入端和a相电流极性信号输入端，第一或门4的第一输入端和第二输入端分别为第一逻辑变量输入端和第三逻辑变量输入端，第二或门5的输出端为第一开关信号输出端；

所述第二逻辑电路包括第四与门、第五与门、第六与门、第三或门和第四或门，第四与门的输出端与第四或门的第一输入端相连，第五与门的输出端和第三或门的输出端分别与第六与门的第一输入端和第二输入端相连，第六与门的输出端与第四或门的第二输入端相连，第四与门的第一输入端和第二输入端分别为第四逻辑变量输入端和b相电流极性信号输入端，第五与门的第一输入端和第二输入端分别为滞环电流比较器的b相输出信号的输入端和b相电流极性信号输入端，第三或门的第一输入端和第二输入端分别为第三逻辑变量输入端和第五逻辑变量输入端，第四或门的输出端为第二开关信号输出端；

所述第三逻辑电路包括第七与门、第八与门、第九与门、第五或门和第六或门，第七与门的输出端与第六或门的第一输入端相连，第八与门的输出端和第五或门的输出端分别与第九与门的第一输入端和第二输入端相连，第九与门的输出端与第六或门的第二输入端相连，第七与门的第一输入端和第二输入端分别为第六逻辑变量输入端和c相电流极性信号输入端，第八与门第一输入端和第二输入端分别为滞环电流比较器的c相输出信号的输入端和c相电流极性信号输入端，第五或门的第一输入端和第二输入端分别为第三逻辑变量输入端和第五逻辑变量输入端，第六或门的输出端为第三开关信号输出端；

所述第四逻辑电路包括第一非门6、第二非门7、第十与门8、第十一与门9、第十二与门10、第七或门11和第八或门12，第一非门6的输出端同时与第十与门8的第一输入端和第十一与门9的第一输入端相连，第二非门7的输出端与第十一与门9的第二输入端相连，第十一与门9的输出端和第七或门11的输出端分别与第十二与门10的第一输入端和第二输入端相连，第十与门8的输出端和第十二与门10的输出端分别与第八或门12的第一输入端和第二输入端相连，第一非门6的输入端为a相电流极性信号输入端，第十与门8的第二输入端为第五逻辑变量输入端，第二非门7的输入端为滞环电流比较器的a相输出信号的输入端，第七或门11的第一输入端和第二输入端分别为第四逻辑变量输入端和第六逻辑变量输入端，第八或门12的输出端为第四开关信号输出端；

所述第五逻辑电路包括第三非门、第四非门、第十三与门、第十四与门、第十五与门、第九或门和第十或门，第三非门的输出端同时与第十三与门的第一输入端和第十四与门的第一输入端相连，第四非门的输出端与第十四与门的第二输入端相连，第十四与门的输出端和第九或门的输出端分别与第十五与门的第一输入端和第二输入端相连，第十三与门的输出端和第十五与门的输出端分别与第十或门的第一输入端和第二输入端相连，第三非门的输入端为b相电流极性信号输入端，第十三与门的第二输入端为第一逻辑变量输入端，第九或门的第一输入端和第二输入端分别为第二逻辑变量输入端和第六逻辑变量输入端，第十或门的输出端为第五开关信号输出端；

所述第六逻辑电路包括第五非门、第六非门、第十六与门、第十七与门、第十八与门、第十一或门和第十二或门，第五非门的输出端同时与第十六与门的第一输入端和第十七与门的第一输入端相连，第六非门的输出端与第十七与门的第二输入端相连，第十七与门的输出端和第十一或门的输出端分别与第十八与门的第一输入端和第二输入端相连，第十六与门的输出端和第十八与门的输出端分别为第十二或门的第一输入端和第二输入端相连，第五非门的输入端为c相电流极性信号输入端，第十六与门的第二输入端为第三逻辑变量输入端，第十一或门的第一输入端和第二输入端分别为第二逻辑变量输入端和第四逻辑变量输入端，第十二或门的输出端为第六开关信号输出端。

svpwm是空间矢量脉宽调制(spacevectorpulsewidthmodulation)的简称。

本发明所述的基于svpwm的光伏并网逆变器的电流滞环控制方法，将一个并网电流周期等分为六个控制时域，在一个控制时域内，一相桥臂上的两个三极管不被控制，其他两相桥臂上对应的三极管被控制，使得在一个控制时域内，只有两个三极管在交替开断。与现有的电流滞环控制方法相比，本发明所述的方法在相同的滞环宽度下，能够有效地降低开关管的损耗和平均开关频率，同时保证了并网电流的质量。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的基于svpwm的光伏并网逆变器的电流滞环控制方法进行更详细的描述，其中：

图1为实施例一提及的光伏并网逆变器的电路原理图，ea、eb和ec分别为a相电网电压、b相电网电压和c相电网电压；

图2为实施例二提及的第一逻辑电路的电路原理图；

图3为实施例二提及的第四逻辑电路的电路原理图；

图4为实施例二所述的基于svpwm的光伏并网逆变器的电流滞环控制方法的仿真结果图，s1至s6分别为第一开关信号至第六开关信号；

图5为实施例二提及的并网电流的波形图；

图6为实施例二提及的并网电流的fft分析图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明所述的基于svpwm的光伏并网逆变器的电流滞环控制方法作进一步的说明。

实施例一：下面结合图1详细地说明本实施例。本实施例所述的基于svpwm的光伏并网逆变器的电流滞环控制方法，所述光伏并网逆变器包括a相桥臂、b相桥臂、c相桥臂、a相滤波电感l1、b相滤波电感l2和c相滤波电感l3；

a相桥臂的第一端、b相桥臂的第一端和c相桥臂的第一端均与太阳能电池板e的正极相连，a相桥臂的第二端、b相桥臂的第二端和c相桥臂的第二端均与太阳能电池板e的负极相连，a相桥臂的输出中点a、b相桥臂的输出中点b和c相桥臂的输出中点c分别与a相滤波电感l1的第一端、b相滤波电感l2的第一端和c相滤波电感l3的第一端相连，a相滤波电感l1的第二端同时与b相滤波电感l2的第二端和c相滤波电感l3的第二端相连，三者的公共端为中性点n，中性点n接入电网；

a相桥臂包括第一三极管q1、第一二极管d1、第一电容c1、第四三极管q4、第四二极管d4和第四电容c4，第一三极管q1的集电极同时与第一二极管d1的负极和第一电容c1的第一端相连，三者的公共端为a相桥臂的第一端，第一三极管q1的发射极同时与第一二极管d1的正极、第一电容c1的第二端、第四三极管q4的集电极、第四二极管d4的负极和第四电容c4的第一端相连，六者的公共端为a相桥臂的输出中点a，第四三极管q4的发射极同时与第四二极管d4的正极和第四电容c4的第二端相连，三者的公共端为a相桥臂的第二端，第一三极管q1的基极和第四三极管q4的基极分别为第一开关信号输入端和第四开关信号输入端；

b相桥臂包括第二三极管q2、第二二极管d2、第二电容c2、第五三极管q5、第五二极管d5和第五电容c5，第二三极管q2的集电极同时与第二二极管d2的负极和第二电容c2的第一端相连，三者的公共端为b相桥臂的第一端，第二三极管q2的发射极同时与第二二极管d2的正极、第二电容c2的第二端、第五三极管q5的集电极、第五二极管d5的负极和第五电容c5的第一端相连，六者的公共端为b相桥臂的输出中点b，第五三极管q5的发射极同时与第五二极管d5的正极和第五电容c5的第二端相连，三者的公共端为b相桥臂的第二端，第二三极管q2的基极和第五三极管q5的基极分别为第二开关信号输入端和第五开关信号输入端；

c相桥臂包括第三三极管q3、第三二极管d3、第三电容c3、第六三极管q6、第六二极管d6和第六电容c6，第三三极管q3的集电极同时与第三二极管d3的负极和第三电容c3的第一端相连，三者的公共端为c相桥臂的第一端，第三三极管q3的发射极同时与第三二极管d3的正极、第三电容c3的第二端、第六三极管q6的集电极、第六二极管d6的负极和第六电容c6的第一端相连，六者的公共端为c相桥臂的输出中点c，第六三极管q6的发射极同时与第六二极管d6的正极和第六电容c6的第二端相连，三者的公共端为c相桥臂的第二端，第三三极管q3的基极和第六三极管q6的基极分别为第三开关信号输入端和第六开关信号输入端；

第一三极管q1至第六三极管q6均为npn型三极管；

所述电流滞环控制方法包括：

步骤一、根据a相桥臂的输出中点a与中性点n间的电压uan、b相桥臂的输出中点b与中性点n间的电压ubn和c相桥臂的输出中点c与中性点n间的电压ucn与八个基本电压空间矢量的对应关系表得到a相滤波电感l1两端的电压ul1、b相滤波电感l2两端的电压ul2和c相滤波电感l3两端的电压ul3与八个基本电压空间矢量的对应关系表；

相滤波电感两端的电压＝相桥臂的输出中点与中性点间的电压-相电网电压；

步骤二、将一个并网电流周期等分为第一控制时域至第六控制时域，第一控制时域至第六控制时域分别对应第一三极管q1至第六三极管q6；

在一个控制时域内，该控制时域对应的三极管导通，其他的三极管截止；

第一控制时域至第六控制时域还分别对应第一逻辑变量至第六逻辑变量，当处于一个控制时域时，该控制时域对应的逻辑变量为1，其他的逻辑变量为0；

步骤三、根据a相滤波电感l1两端的电压ul1、b相滤波电感l2两端的电压ul2和c相滤波电感l3两端的电压ul3与八个基本电压空间矢量的对应关系表，分别得到a相滤波电感l1两端的电压ul1、b相滤波电感l2两端的电压ul2和c相滤波电感l3两端的电压u13在第一控制时域至第六控制时域内的最大值与最小值，并以电压最小值小于零且电压最大值大于零为约束条件，分别得到第一逻辑变量至第六逻辑变量的有效时域；

步骤四、根据滞环电流比较器的三相输出信号、三相电流极性信号以及第一逻辑变量至第六逻辑变量，并通过逻辑电路分别得到第一开关信号至第六开关信号；

当相参考电流信号大于零时，相电流极性信号为1，当相参考电流信号小于零时，相电流极性信号为0；

步骤五、同时采用第一开关信号至第六开关信号驱动所述光伏并网逆变器，使第一三极管q1和第五三极管q5、第四三极管q4和第六三极管q6、第一三极管q1和第三三极管q3、第二三极管q2和第六三极管q6、第三三极管q3和第五三极管q5以及第二三极管q2和第四三极管q4依次在第一控制时域至第六控制时域内导通。

实施例二：下面结合图2至图6详细地说明本实施例。本实施例是对实施例一所述的基于svpwm的光伏并网逆变器的电流滞环控制方法作进一步的限定。

本实施例所述的基于svpwm的光伏并网逆变器的电流滞环控制方法，步骤四通过第一逻辑电路至第六逻辑电路分别得到第一开关信号至第六开关信号；

所述第一逻辑电路包括第一与门1、第二与门2、第三与门3、第一或门4和第二或门5，第一与门1的输出端与第二或门5的第一输入端相连，第二与门2的输出端和第一或门4的输出端分别与第三与门3的第一输入端和第二输入端相连，第三与门3的输出端与第二或门5的第二输入端相连，第一与门1的第一输入端和第二输入端分别为第二逻辑变量输入端和a相电流极性信号输入端，第二与门2的第一输入端和第二输入端分别为滞环电流比较器的a相输出信号的输入端和a相电流极性信号输入端，第一或门4的第一输入端和第二输入端分别为第一逻辑变量输入端和第三逻辑变量输入端，第二或门5的输出端为第一开关信号输出端；

所述第二逻辑电路包括第四与门、第五与门、第六与门、第三或门和第四或门，第四与门的输出端与第四或门的第一输入端相连，第五与门的输出端和第三或门的输出端分别与第六与门的第一输入端和第二输入端相连，第六与门的输出端与第四或门的第二输入端相连，第四与门的第一输入端和第二输入端分别为第四逻辑变量输入端和b相电流极性信号输入端，第五与门的第一输入端和第二输入端分别为滞环电流比较器的b相输出信号的输入端和b相电流极性信号输入端，第三或门的第一输入端和第二输入端分别为第三逻辑变量输入端和第五逻辑变量输入端，第四或门的输出端为第二开关信号输出端；

所述第三逻辑电路包括第七与门、第八与门、第九与门、第五或门和第六或门，第七与门的输出端与第六或门的第一输入端相连，第八与门的输出端和第五或门的输出端分别与第九与门的第一输入端和第二输入端相连，第九与门的输出端与第六或门的第二输入端相连，第七与门的第一输入端和第二输入端分别为第六逻辑变量输入端和c相电流极性信号输入端，第八与门第一输入端和第二输入端分别为滞环电流比较器的c相输出信号的输入端和c相电流极性信号输入端，第五或门的第一输入端和第二输入端分别为第三逻辑变量输入端和第五逻辑变量输入端，第六或门的输出端为第三开关信号输出端；

所述第四逻辑电路包括第一非门6、第二非门7、第十与门8、第十一与门9、第十二与门10、第七或门11和第八或门12，第一非门6的输出端同时与第十与门8的第一输入端和第十一与门9的第一输入端相连，第二非门7的输出端与第十一与门9的第二输入端相连，第十一与门9的输出端和第七或门11的输出端分别与第十二与门10的第一输入端和第二输入端相连，第十与门8的输出端和第十二与门10的输出端分别与第八或门12的第一输入端和第二输入端相连，第一非门6的输入端为a相电流极性信号输入端，第十与门8的第二输入端为第五逻辑变量输入端，第二非门7的输入端为滞环电流比较器的a相输出信号的输入端，第七或门11的第一输入端和第二输入端分别为第四逻辑变量输入端和第六逻辑变量输入端，第八或门12的输出端为第四开关信号输出端；

所述第五逻辑电路包括第三非门、第四非门、第十三与门、第十四与门、第十五与门、第九或门和第十或门，第三非门的输出端同时与第十三与门的第一输入端和第十四与门的第一输入端相连，第四非门的输出端与第十四与门的第二输入端相连，第十四与门的输出端和第九或门的输出端分别与第十五与门的第一输入端和第二输入端相连，第十三与门的输出端和第十五与门的输出端分别与第十或门的第一输入端和第二输入端相连，第三非门的输入端为b相电流极性信号输入端，第十三与门的第二输入端为第一逻辑变量输入端，第九或门的第一输入端和第二输入端分别为第二逻辑变量输入端和第六逻辑变量输入端，第十或门的输出端为第五开关信号输出端；

所述第六逻辑电路包括第五非门、第六非门、第十六与门、第十七与门、第十八与门、第十一或门和第十二或门，第五非门的输出端同时与第十六与门的第一输入端和第十七与门的第一输入端相连，第六非门的输出端与第十七与门的第二输入端相连，第十七与门的输出端和第十一或门的输出端分别与第十八与门的第一输入端和第二输入端相连，第十六与门的输出端和第十八与门的输出端分别为第十二或门的第一输入端和第二输入端相连，第五非门的输入端为c相电流极性信号输入端，第十六与门的第二输入端为第三逻辑变量输入端，第十一或门的第一输入端和第二输入端分别为第二逻辑变量输入端和第四逻辑变量输入端，第十二或门的输出端为第六开关信号输出端。

图6为并网电流的fft分析图，其中基波频率为50hz，基波有效值为4.248a，thd值为1.82％。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。