一种带不平衡及非线性负载的三相逆变器控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于分布式发电供能及微电网系统变流器控制技术领域，具体设及一种改 进的带不平衡及非线性负载的=相逆变器控制方法。
【背景技术】
[0002] 当前，开发利用既可提高传统能源利用效率又能充分利用各种可再生能源的分布 式发电技术已成为世界各国保障能源安全、加强环境保护、应对气候变化的重要措施。现有 研究表明将本地分布式发电供能系统与负荷等组织成微电网形式运行，可W有效提高分布 式电源的利用效率，有助于当电网灾变时向重要负荷持续供电，避免间歇式电源直接影响 本地用户电能质量。作为分布式电源与微电网接口的电力电子变流器及其控制成为当前的 研究热点。
[0003] 在实际微电网系统中，将含有大量的变频空调、节能灯、个人电脑与手机的开关电 源等整流型非线性负载及单相负荷等不平衡负载。该类混合负载对微电网输出电压波形 质量影响很大，大量非线性负荷的引入会增大微电网内分布式电源输出电流谐波含量，从 而导致输出电压波形崎变；分布式电源带单相等不平衡负荷时，会导致每相输出电压幅值 出现较大差异，从而增大微电网内=相电压输出不对称度。因此需要先进的=相逆变器控 制技术来保证在各种混合负载下，微电网内逆变型分布式电源仍然能够提供优质稳定的电 能，
[0004] 当=相逆变器带平衡和线性负载运行时，通常在同步旋转坐标系下采用比例积分 (proportional integral, PI)控制器，即可很好地跟踪输出电压参考值[1]。在不平衡负 载情况下，系统中将出现负序电压分量，而采用上述简单PI控制系统无法有效抑制负序电 压分量，文献[2]则在正序同步旋转坐标系下引入了比例积分-谐振调节器对负序分量进 行抑制，文献[3]提出采用基于正序与负序双同步旋转坐标系的两组PI控制器，其中正序 坐标系下PI控制器用于逆变器输出电压正序分量的调节，负序坐标系下PI控制器则进行 负序电压分量的补偿。但上述方法需要进行多次坐标变换，采用电压电流双环控制结构时 调节器数量多，控制复杂。为此，文献[4]提出一种a 60坐标系下的四桥臂变流器控制策 略，采用准比例谐振调节器控制输出电压，并加入参考电压前馈改善系统控制精度与动态 性能。该方法尽管简化了控制系统设计，但是仍然不能消除非线性负载所带来的谐波电压 分量。为了降低由于非线性负载给逆变器输出电压所带来的谐波含量，文献[引在电压控 制中增加5、7次谐波补偿控制环，该方法也仅能消除特定频率的电压谐波分量，且控制系 统计算量大。
[000引参考文献
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【发明内容】
[0011] 本发明针对微电网内^相逆变器，克服现有技术的上述不足，提供一种有效的逆 变器输出电压控制方法，通过对常规=相电压控制算法进行相应改进，达到同时抑制和消 除逆变器输出电压负序分量和谐波分量的目的。为此，本发明采用如下技术方案。
[0012] 一种带不平衡及非线性负载的=相逆变器控制方法，采用准比例-谐振调节器跟 踪参考电压，其特征在于，该方法首先通过基于二阶通用积分环节的带通滤波器对每相电 压的瞬时采样值进行基波分量和谐波分量的提取，然后利用基波电压分量作为所述的准比 例-谐振调节器的电压控制环节的反馈量，=相电压控制采用所述的电压控制环节来跟踪 参考电压；同时在最终的电压调制信号中加入电压谐波分量补偿控制措施W抑制由非线 性负荷所带来的电压谐波含量，该补偿控制的补偿项为每相电压谐波分量乘W-个比例系 数；S相电压控制的输出电压调制信号中还加入参考电压前馈W改善系统控制精度与动态 性能。
[0013] 其中，采用基于二阶通用积分环节的带通滤波器获取逆变器=相输出电压的基波 分量Uw、Ubf和U d和谐波分量U 3h、Ubh和U ,h，其传递函数为：
[0014]
【主权项】
1. 一种带不平衡及非线性负载的三相逆变器控制方法，采用准比例-谐振调节器跟 踪参考电压，其特征在于，该方法首先通过基于二阶通用积分环节的带通滤波器对每相电 压的瞬时采样值进行基波分量和谐波分量的提取，然后利用基波电压分量作为所述的准比 例-谐振调节器的电压控制环节的反馈量，三相电压控制采用所述的电压控制环节来跟踪 参考电压；同时在最终的电压调制信号中加入电压谐波分量补偿控制措施以抑制由非线 性负荷所带来的电压谐波含量，该补偿控制的补偿项为每相电压谐波分量乘以一个比例系 数；三相电压控制的输出电压调制信号中还加入参考电压前馈以改善系统控制精度与动态 性能。
2. 根据权利要求1所述的带不平衡及非线性负载的三相逆变器控制方法，其特征在 于：采用基于二阶通用积分环节的带通滤波器获取逆变器三相输出电压的基波分量u af、Ubf 和11。{和谐波分量U ah、Ubh和U eh，其传递函数为：
式中，ua、Ub和U。为三相电压的瞬时采样值，_为获取逆变器输出电压基波 分量的带通滤波器，k为其比例增益。
3. 根据权利要求1所述的带不平衡及非线性负载的三相逆变器控制方法，其特征在 于：三相电压控制输出的三相电压调制信号uapwm、U bpwm和Uepwm的传递函数如下：
式。
为电压环准比例-谐振调节器，kp、h分别为其比例和谐振增益 系数；ω。为截至频率；ω ^为谐振角频率，该谐振角频率通常设置为逆变器输出电压额定频 率；kph为谐波电压补偿控制中的比例增益。
【专利摘要】本发明涉及一种带不平衡及非线性负载的三相逆变器控制方法，采用准比例-谐振调节器跟踪参考电压，首先通过基于二阶通用积分环节的带通滤波器对每相电压的瞬时采样值进行基波分量和谐波分量的提取，然后利用基波电压分量作为所述的准比例-谐振调节器的电压控制环节的反馈量，三相电压控制采用所述的电压控制环节来跟踪参考电压；同时在最终的电压调制信号中加入电压谐波分量补偿控制措施以抑制由非线性负荷所带来的电压谐波含量，该补偿控制的补偿项为每相电压谐波分量乘以一个比例系数；三相电压控制的输出电压调制信号中还加入参考电压前馈以改善系统控制精度与动态性能。本发明可以同时抑制和消除逆变器输出电压负序分量和谐波分量。
【IPC分类】H02M1-12, H02M7-5387
【公开号】CN104638972
【申请号】CN201510100422
【发明人】郭力, 杜海江
【申请人】天津天海源电气技术有限责任公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月6日