减小三相整流型负载下逆变器输出电压thd的控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子变流器控制技术领域，特别是涉及一种减小三相整流型负载下逆变器输出电压总谐波失真(Total Harmonic Distort1n, THD)的控制方法。
【背景技术】
[0002]大功率离网逆变器是分布式新能源微电网的重要电力电子装置，将直流母线的直流电压逆变为工频正弦波电压，以实现稳定整个微电网交流母线电压和提供功率给交流负荷的重要作用。逆变器的输出电压的谐波对交流负荷有不利的影响，如:加速设备老化、缩短设备使用寿命、甚至损坏设备等。国标GB/T20321.1-2006规定:离网型风能、太阳能发电系统用逆变器的输出波形THD应小于或等于5%。
[0003]dq变换是一种将参考坐标自旋转电机的定子侧转移到转子侧的坐标变换，原用于同步电机的暂态分析，经多年的发展，主要应用在电能质量分析、无功补偿、逆变、电机调速等技术领域。在具体逆变器的控制中，dq变换常用于电网电压的数字锁相、控制环路检测变量(如:输出电压、输出电流、电感电流等)的坐标变换、正/负序分量提取等，是逆变器实现矢量控制的重要手段。采用基于dq变换的矢量变换可较少逆变器的变量耦合，简化逆变器的数学模型，提高逆变器的控制稳定性和精度。
[0004]大功率离网逆变器通常采用如图1所示拓扑电路和如图2所示的矢量控制方法，基于该矢量控制方法，可实现满载纯阻性负载或单相整流型负载下逆变器输出电压谐波分量达标逆变器输出电压THD小于5 %，但在满载三相整流型负载下逆变器输出电压THD远大于5%。因此，常用的矢量控制方法并不满足三相整流型负载下大功率离网逆变器的要求。基于目前逆变器负载多数是单相小功率整流型负荷的考虑，现常见的处理方式是逆变器输出电压THD标准测试时只考虑纯阻负载和单相整流型负载，但是随着今后三相UPS、三相电机驱动器等三相整流型负载的快速发展和推广应用，逆变器的THD标准测试必将考虑三相整流型负载，逆变器的矢量控制方法也必须改进以满足逆变器技术发展的需要。
【发明内容】
[0005]为克服现有大功率离网逆变器矢量控制方法对三相整流型负载下逆变器输出电压THD控制效果不佳的缺点，本发明的目的之一在于提供一种减小三相整流型负载下逆变器输出电压THD的控制系统，其通过引入了 5/7次谐波正确极性的前馈控制，能有效减小三相整流型负载下逆变器输出电压的THD。
[0006]为实现上述目的，本发明采取的技术方案是:
[0007]—种减小三相整流型负载下逆变器输出电压THD的控制系统，其包括:
[0008]输出电压反馈控制模块，用于将三相输出电压采样信号进行基频dq变换，得到dq坐标系下的电压反馈信号V(]d、V(]q;所得的两个电压反馈信号V(]d、V(]q分别与其参考值V_f、V(]qraf作比较，其差分别通过第一 PI调节器控制后分别得到dq坐标系下的指令信号 icdref、icqref，
[0009]输出电容电流反馈控制模块，用于将三相电感电流采样信号iu、iLB, L与三相输出电流采样信号iM、i?、^分别作差，得到输出电容电流反馈信号i ?、ieB、将得的输出电容电流反馈信号i(；A、iCB' iee进行基频dq变换，得到dq坐标系下的基频反馈信号i ed、iCq;所得的两个基频反馈信号ied、ieq分别与其指令信号i edraf、、_作比较，其差分别通过第二PI调节器控制后分别得到dq坐标系下的电容电流反馈控制信号vMragl、v0qregl；
[0010]输出电感电流5/7次谐波前馈控制模块，用于将三相电感电流采样信号iu、kB、iLc进行工频的5倍频dq变换和7倍频dq变换，并均经一阶惯性环节滤波后得到dq坐系下的5倍频反馈信号
^-Ld5 (5)、^Lq5 (5)
和7彳首频反馈彳曰号i⑵;所得的5彳首频反馈彳曰号i ^⑶、
^-Lq5(5) 再分别进行i Ld5 (5)、^Lq5 (5) 工频的5倍频dq反变换得到abc坐标系下的5倍频abc坐标?曰 5 lLA5(5) ^ 和 ? LC5(5); 所得的7倍频反馈信号i
Ld7(7)、lLq7(7) 再分别进行i Ld7(7)、lLq7(7)
工频的7倍频dq反变换得到abc坐标系下的7倍频abc坐标信号
iLA7(7)、iLB7(7)和 i LC7 (7);将所得的5倍频abc坐标信号??Α5(5)、iLB5(5)、ius(?进行基频dq变换，得到dq坐系下的5倍频初始调制信号iu⑸和i u?);将所得的7倍频abc坐标信号i LA7(7)、iLB7(7)和 ? LX7(7)进彳丁基频dq变换，得到dq坐系下的7倍频初始调制信号和i u⑺;所得的5倍频初始调制信号?ω⑸、iu⑸以及7倍频初始调制信号i u⑺、分别乘以-Κ ^Κη Κ2、_Κ2得到dq坐标系下的5倍频输出调制信号
V()qreg2(5)、^0dreg2 (5) 和7倍频输出调制信号
V 0qreg2 (7)、^0dreg2 (7)，
其中1、
κ2为正实数常量；
[0011]PWM调制模块，用于将输出调制信号进行基频dq反变换，得到三相输出调制信号 V()Areg、V()Breg、^OCreg? 三相输出调制信号V OAreg' VoBreg' V()&eg分别与载波比较进行PWM调制，得到三相桥臂上开关器件的控制脉冲，将所述控制脉冲通过驱动电路后控制逆变器工作；所述输出调制信号由电压反馈信号V吣电容电流反馈控制信号V。一、5倍频输出调制信号 V()dreg2 (5) 和7倍频输出调制信号
V0dreg2 (7) 相加所得；所述输出调制信号V _%由电压反馈信号V。。、电容电流反馈控制信号5倍频输出调制信号^丨…⑸和7倍频输出调制?目号Vaqrag2C/:)相加所得。
[0012]本发明的另一目的在于提供一种减小三相整流型负载下逆变器输出电压THD的控制方法，其通过引入了 5/7次谐波正确极性的前馈控制，能有效减小三相整流型负载下逆变器输出电压的THD。
[0013]为实现上述目的，本发明采取的技术方案是:
[0014]—种减小三相整流型负载下逆变器输出电压THD的控制方法，其包括以下步骤:
[0015]步骤1、将三相输出电压采样信号vM、V(jB、V(k；进行基频dq变换，得到dq坐标系下的电压反馈信号V(]d、所得的两个电压反馈信号V吣\分别与其参考值V *f、作比较，其差分别通过第一 PI调节器控制后分别得到dq坐标系下的指令信号i—f、iCqref；
[0016]步骤2、将三相电感电流采样信号iw、iLB^ L与三相输出电流采样信号i ω、iQB、1c分别作差，得到输出电容电流反馈信号ieA、ieB、将得的输出电容电流反馈信号i ?、iCB、4进行基频dq变换，得到dq坐标系下的基频反馈信号i ed、ieq;所得的两个基频反馈信号icd、ieq分别与其指令信号i edraf、ieqraf作比较，其差分别通过第二 PI调节器控制后分别得到dq坐标系下的电容电流反馈控制信号vMragl、v0qregl
[0017]步骤3、将三相电感电流采样信号iw、iLB, i 行工频的5倍频dq变换和7倍频dq变换，并均经一阶惯性环节滤波后得到dq坐系下的5倍频反馈信号、iU5⑸和7倍频反馈信号 lLd7(7)、lLq7(7); 所得的5倍频反馈信号i
Ld5 (5)、^Lq5 (5) 再分别进行i Ld5 (5)、^Lq5(5) —
的5倍频dq反变换得到abc坐标系下的5倍频abc坐标信号
iLA5(5)、iLB5 ⑶和 ? LC5(5); 所得的
7倍频反馈信号 iLd7(7” lLq7(7) 再分别进行i Ld7(7)、lLq7(7) 工频的7倍频dq反变换得到abc坐标系下的7倍频abc坐标信号
lLA7(7) ^ iLB7(7)和 ? LC7 (7); 将所得的5倍频abc坐标信号i
LA5 (5)、
lLB5(5) ^ lLC5(5) 进行基频dq变换，得到dq坐系下的5倍频初始调制信号i Ld ⑶和 i Lq(5); 将所得的7倍频abc坐标信号iuv/⑺、iumrj和i lct⑺进行基频dq变换，得到dq坐系下的7倍频初始调制信号 iLd(7)和 i Lq(7); 所得的5倍频初始调制信号i
Ld(5)、ilq(5) 以及7倍频初始调制信号iw(7)、iM7)分别乘以-K pH -κ2得到dq坐标系下的5倍频输出调制信号V 0qreg2(5)、V()dreg2 (5) 和7倍频输出调制信号
V0qreg2 (7)、^0dreg2 (7)，
其中1、1(2为正实数常量；
[0018]步骤4、将输出调制信号V(]drag、V(]qrag进行基频dq反变换，得到三相输出调制信号V()Areg、V()Breg、^OCreg? 三相输出调制信号V Mrag、v0Breg, V(]&eg分别与载波比较进行PWM调制，得到三相桥臂上开关器件的控制脉冲，将所述控制脉冲通过驱动电路后控制逆变器工作；所述输出调制信号V(]drag由电压反馈信号V(]d、电容电流反馈控制信号vMragl、5倍频输出调制信号
⑸和7倍频输出调制信号V ^g2(r)相加所得；所述输出调制信号V 0qregS电压反馈信号V。。、电容电流反馈控制信号V(]qragl、5倍频输出调制信号V(]qrag2⑸和7倍频输出调制信号
V0qreg2(7)相加所得。
[0019]三相整流型负载的5、7次谐波分量较大，采用现有的矢量控制方法，大功率离网逆变器的输出电压THD大于5%。本发明提出的减小三相整流型负载下逆变器输出电压THD的控制方法，引入了 5/7次谐波正确极性的前馈控制，克服了原有控制方法无法抑制三相整流型负载带来的输出电压谐波分量过大的问题，从而能减小逆变器输出电压的波形畸变，使THD小于5%。
【附图说明】
[0020]图1为常用的大功率离网逆变器的电路结构示意图。
[0021]图2为常用的大功率离网逆变器矢量控制方法的示意图。
[0022]图3为本发明减小三相整流型负载下逆变器输出电压THD的控制方法在一实施例中的示意图。
[0023]图4为逆变器的三相负载电流仿真波形。
[0024]图5为采用常用矢量控制方法的逆变器三相输出电压仿真波形。
[0025]图6为采用本发明所提出控制方法的逆变器三相输出电压仿真波形。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的内容做进一步详细说明。
[0027]实施例
[0028]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0029]如图3所示本实施例提供了其中一种减小三相整流型负载下逆变器输出电压THD的控制方法，包括:一个输出电压反馈控制模块、一个输出电容电流反馈控制模块、一个输出电感电流5/7次谐波前馈控制模块和一个PWM调制模块。
[0030]所述输出电压反馈控制模块实现逆变器的三相输出电压跟随指令，并提供输出电容电流反馈控制所需的指令信号。如图1所示的三相输出电压采样信号vM、v0B, V(K，经基频(工频)dq变换后得到dq坐标系下的反馈信号Vod、Voq;将v 分别与其参考值v Qdre0vQqraf作比较，其差分别通过PI调节器控制后分别得到输出电容电流dq坐标系下的指令信
^ icdref、icqref0
[0031 ] 所述