一种光伏并网逆变器控制方法
【专利摘要】本发明公开一种光伏并网逆变器控制方法，包括：采集流过感抗的电网三相电流信号；将所述电网三相电流信号与参考电流信号进行加减比较，得到误差信号；将所述误差信号经过第一PI控制器生成电压参考值，将所述电压参考值经过SVM控制器后的输出叠加至PWM控制器的输入端；将零序电流与零序参考电流进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第二PI控制器后叠加至PWM控制器的输入端；通过PWM控制器对输出电压进行调节；根据EL方程模型建立逆变控制模型，在电网不平衡情况下，对所述光伏并网逆变器进行控制。本发明的光伏并网逆变器控制方法，能够提高系统的稳定性，并能消减EMC的问题。
【专利说明】
一种光伏并网逆变器控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力电子装置控制技术领域，特别是涉及一种光伏并网逆变器控制方 法。
【背景技术】
[0002] 随着工业现代化生产规模的不断扩大和人们生活水平的不断提高，电能供需矛盾 日益突出，节约电能已经成为当前的研究热点，具有特别重要的社会意义与经济意义。能源 危机对于缓解能源短缺和环境危机，保障社会可持续发展，维护国家能源安全起到了重要 的作用。
[0003] 而电能回馈是近年来用以节约电能的最有效的方法。因此，人们开始更加重视能 量回馈系统的发展。进行能量变换的电力电子接口通常采用逆变器。逆变器的控制性能直 接决定了并网系统的供电可靠性和鲁棒性。
[0004] 逆变器是一种DC to AC的变压器，与转化器是一种电压逆变的过程。转换器是将 电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转 变为高频的高压交流电。两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制(PWM)技术。其核心 部分都是一个PWM集成控制器。Adapter用的是UC3842,逆变器则采用TL5001芯片。TL5001的 工作电压范围3.6~40V，其内部设有一个误差放大器，一个调节器、振荡器、有死区控制的 PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等。
[0005] 逆变器的输入接口部分有3个信号，12V直流输入VIN、工作使能电压ENB及Panel电 流控制信号DMJIN由Adapter提供，ENB电压由主板上的MCU提供，其值为0或3V，当ENB = 0 时，逆变器不工作，而ENB = 3V时，逆变器处于正常工作状态;而D頂电压由主板提供，其变化 范围在0~5V之间，将不同的D頂值反馈给PWM控制器反馈端，逆变器向负载提供的电流也将 不同，DIM值越小，逆变器输出的电流就越大。
[0006] 逆变器电压启动回路通常为:ENB为高电平时，输出高压去点亮Pane 1的背光灯灯 管。
[0007] 逆变器PWM控制器由以下几个功能组成：内部参考电压、误差放大器、振荡器和 PWM、过压保护、欠压保护、短路保护、输出晶体管。
[0008] 逆变器直流变换由M0S开关管和储能电感组成电压变换电路，输入的脉冲经过推 挽放大器放大后驱动M0S管做开关动作，使得直流电压对电感进行充放电，这样电感的另一 端就能得到交流电压。
[0009 ]逆变器LC振荡及输出回路:保证灯管启动需要的1600V电压，并在灯管启动以后将 电压降至800V。
[0010] 逆变器输出电压反馈：当负载工作时，反馈采样电压，起到稳定I逆变器电压输出 的作用。
[0011] 逆变器按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控 制和电流源电流控制四种方法。电流源逆变器是指在其直流侧串联一大电感，以提供稳定 的直流电流输入。但是，由于采用大电感的系统动态响应差，大部分的并网逆变器均采用电 压源逆变器。
[0012] 从电压、电流的控制方式来说，逆变器电压控制相当于将逆变器等效为一个电压 源，控制其输出电压的相位、频率、幅值达到系统要求。电流控制逆变器是将逆变器等效为 一个电流源，对其输出的电流进行幅值、频率、相位的控制。
[0013] 目前，电压控制方式主要应用于独立运行的逆变器，以满足负载端的需要。尤其是 很多负载对加在上面的电压有较高的要求，因此在这种情况下多采用电压作为控制量进行 闭环控制。
[0014] 而电流控制方式主要应用于并网逆变器，直接控制其输出电流达到并网要求。直 接控制并网电流跟踪给定电流的并网逆变器控制方式应用更加广泛。其控制策略简单易于 设计，只要变换不同控制器，就可以采用不同方式进行并网控制。具体方式只需要控制逆变 器的输出电流以跟踪市电电压，同时设定输出电流的大小，即可达到并网运行的目的。由于 其控制方法相对简单，效果也比较好，因此使用广泛。
【发明内容】
[0015] 本发明正是基于以上一个或多个问题，提供一种光伏并网逆变器控制方法，能够 提高系统的稳定性，并能消减EMC的问题。
[0016] 其中，所述逆变器采用绝缘栅双极型晶体管作为主电路的开关器件，所述光伏并 网逆变器控制方法包括：
[0017] 采集流过感抗的电网三相电流信号；
[0018] 将所述电网三相电流信号与参考电流信号进行加减比较，得到误差信号；
[0019] 将所述误差信号经过第一 PI控制器生成电压参考值，将所述电压参考值经过SVM 控制器后的输出叠加至PWM控制器的输入端；
[0020] 将零序电流与零序参考电流进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第二PI 控制器后叠加至PWM控制器的输入端；
[0021] 通过PWM控制器对输出电压进行调节；
[0022] 根据EL方程模型建立逆变控制模型，在电网不平衡情况下，对所述光伏并网逆变 器进行控制。
[0023] 进一步的，所述将所述电网三相电流信号与参考电流信号进行加减比较，得到误 差信号包括：
[0024]将所述电网三相电流信号进行Clark变换得到邱坐标系下的电流以及零序电流；
[0025] 将所述邱坐标系下的电流进行park变换得到dq坐标系下的电流信号，将dq坐标系 下的电流信号与参考电流的dq电流分量分别进行加减比较得到所述误差信号。
[0026] 进一步的，所述将所述误差信号经过第一PI控制器生成电压参考值包括：
[0027] 将所述误差信号经过所述第一 PI控制器生成dq坐标系下的电压参考值；
[0028] 通过反park变换生成在邱坐标系下的电压参考值。
[0029 ]进一步的，将d q坐标系下的电流信号与参考电流的d q电流分量分别进行加减比 较，得到所述误差信号，所述误差信号经过第一PI控制器后的输出值逐渐趋近于dq坐标系 下的电压参考值。
[0030] 进一步的，将零序电流与零序参考电流进行加减比较，将加减比较后得到的结果 经过第二PI控制器后的输出值逐渐趋近于零序参考电流。
[0031] 进一步的，对邱坐标系下的电流进行park变换与对dq坐标系下的电压参考值进行 的反park变换互为反向。
[0032]进一步的，所述逆变控制模型的模型为三相静止坐标系下的数学模型，所述逆变 控制模型为基于EL方程模型的无源控制器。
[0033]进一步的，所述根据基于EL方程模型建立逆变控制模型包括：
[0034]获取逆变器交流侧的三相线电压和三相电流；
[0035]获取逆变器直流侧最大功率点电压和最大功率点电流；
[0036]根据所述逆变器交流侧的三相线电压和三相电流，及所述逆变器直流侧最大功率 点电压和最大功率点电流，基于EL方程模型建立逆变控制模型；
[0037]所述逆变控制模型的输入为所述逆变器交流侧的三相线电压和三相电流，及所述 逆变器直流侧最大功率点电压和最大功率点电流;所述逆变器的输出为三相静止坐标系下 的开关函数。
[0038]进一步的，所述根据基于EL方程模型建立逆变控制模型包括：
[0039]对所述逆变器交流侧的三相线电流进行park变换，以获得dq坐标系下的交流侧电 流；
[0040]对所述逆变器在三相静止坐标系下的线开关函数进行park变换，获得dq坐标系下 的开关函数；
[0041]对所述逆变器交流侧的三相线电压进行park变换，获得dq坐标系下的交流侧电 压；
[0042]将所述dq坐标系下的交流侧电流，dq坐标系下的开关函数，dq坐标系下的交流侧 电压代入所述逆变器在三相静止坐标系下的数学模型，获得所述逆变器在dq坐标系下的数 学模型；
[0043] 根据EL方程模型和所述逆变器在dq坐标系下的数学模型建立所述逆变控制模型。
[0044] 进一步的，所述逆变器的输出为：
[0046] 其中，A 5 = 5^^。二、5^。分别为所述逆变控制模型的输出在三相静止坐标系 下的开关函数，34、53。以。分别为所述逆变控制模型的输出在三相静止坐标系下的线开关 函数。
[0047] 本发明提供的一种光伏并网逆变器控制方法，保留了 SVM的调制方法，同时对中高 频所产生的零序电流的开环控制引入闭环控制，有效改善了系统在共模电压减少方面的作 用。不同于一般的SPEM调制方法，此方法结合了 SVM方法的优点的同时，解决了 EMC以及共模 电流引起的振荡等问题，可以有效提高系统DQ控制器的闭环控制裕度，同时又能减少电感 上振荡电流引起的噪音问题。此外，本发明通过获取逆变器交流侧的三相线电压和三相电 流，获取逆变器直流侧最大功率点电压和最大功率点电流，根据基于EL方程模型建立的逆 变控制模型，在电网不平衡情况下，对所述逆变器进行控制。减小在电网不平衡时光伏并网 逆变器并入电网的交流电流谐波，并实现了电流的动态解耦，提高了逆变器的稳态和动态 性能。
【附图说明】
[0048] 图1是本发明实施例一的一种光伏并网逆变器控制方法的流程图；
[0049] 图2是本发明实施例二的逆变器系统控制框图；
[0050] 图3是本发明实施例二的连接中点NPC拓扑；
[00511图4是本发明实施例二通过电阻连接中点NPC拓扑；
[0052]图5是本发明实施例二零序控制器结构图。
【具体实施方式】
[0053]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，如果不冲突，本发 明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。
[0054] 实施例一
[0055]本发明实施例一提供一种光伏并网逆变器控制方法，其中，所述逆变器采用绝缘 栅双极型晶体管作为主电路的开关器件，PWM波的调制方式为SPWM波。如图1所示，该方法包 括：
[0056] 101、采集流过感抗的电网三相电流信号；
[0057] 102、将所述电网三相电流信号与参考电流信号进行加减比较，得到误差信号；
[0058]具体的，该步骤包括：
[0059]将所述电网三相电流信号进行Clark变换得到邱坐标系下的电流以及零序电流； [0060]将邱坐标系下的电流进行park变换得到dq坐标系下的电流信号，将dq坐标系下的 电流信号与参考电流的dq电流分量分别进行加减比较得到误差信号。本步骤中，将dq坐标 系下的电流信号与参考电流的dq电流分量分别进行加减比较，得到误差信号，所述误差信 号经过第一 PI控制器后的输出值逐渐趋近于dq坐标系下的电压参考值。
[0061] 103、将所述误差信号经过第一 PI控制器生成电压参考值，将所述电压参考值经过 SVM控制器后的输出叠加至PWM控制器的输入端；
[0062] 其中，所述将所述误差信号经过第一PI控制器生成电压参考值包括：
[0063] 将所述误差信号经过第一 PI控制器生成dq坐标系下的电压参考值；
[0064] 通过反park变换生成在邱坐标系下的电压参考值。
[0065]其中，对邱坐标系下的电流进行park变换与对dq坐标系下的电压参考值进行的反 park变换互为反向。
[0066] 104、将零序电流与零序参考电流进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第 二PI控制器后叠加至PWM控制器的输入端；
[0067] 具体的，将零序电流与零序参考电流进行加减比较，将加减比较后得到的结果经 过第二PI控制器后的输出值逐渐趋近于零序参考电流。
[0068] 105、通过PWM控制器对输出电压进行调节；
[0069] 106、根据EL方程模型建立逆变控制模型，在电网不平衡情况下，对所述逆变器进 行控制。
[0070] 其中，所述逆变控制模型的模型为三相静止坐标系下的数学模型，所述逆变控制 模型为基于EL方程模型的无源控制器。
[0071] 本步骤中，所述根据基于EL方程模型建立逆变控制模型具体可通过不同方式实 现。
[0072] 具体的，所述根据基于EL方程模型建立逆变控制模型可以包括：
[0073]获取逆变器交流侧的三相线电压和三相电流；
[0074]获取逆变器直流侧最大功率点电压和最大功率点电流；
[0075]根据所述逆变器交流侧的三相线电压和三相电流，及所述逆变器直流侧最大功率 点电压和最大功率点电流，基于EL方程模型建立逆变控制模型；
[0076]所述逆变控制模型的输入为所述逆变器交流侧的三相线电压和三相电流，及所述 逆变器直流侧最大功率点电压和最大功率点电流;所述逆变器的输出为三相静止坐标系下 的开关函数。
[0077]所述根据基于EL方程模型建立逆变控制模型也可以包括：
[0078]对所述逆变器交流侧的三相线电流进行park变换，以获得dq坐标系下的交流侧电 流；
[0079]对所述逆变器在三相静止坐标系下的线开关函数进行park变换，获得dq坐标系下 的开关函数；
[0080]对所述逆变器交流侧的三相线电压进行park变换，获得dq坐标系下的交流侧电 压；
[0081]将所述dq坐标系下的交流侧电流，dq坐标系下的开关函数，dq坐标系下的交流侧 电压代入所述逆变器在三相静止坐标系下的数学模型，获得所述逆变器在dq坐标系下的数 学模型；
[0082]根据EL方程模型和所述逆变器在dq坐标系下的数学模型建立所述逆变控制模型。 [0083]其中：所述逆变器的输出为：
[0085] 其中，A 5 = 5^^。二、5^。分别为所述逆变控制模型的输出在三相静止坐标系 下的开关函数，34、53。以。分别为所述逆变控制模型的输出在三相静止坐标系下的线开关 函数。。
[0086] 本发明提供的一种光伏并网逆变器控制方法，保留了 SVM的调制方法，同时对中高 频所产生的零序电流的开环控制引入闭环控制，有效改善了系统在共模电压减少方面的作 用。不同于一般的SPEM调制方法，此方法结合了 SVM方法的优点的同时，解决了 EMC以及共模 电流引起的振荡等问题，可以有效提高系统DQ控制器的闭环控制裕度，同时又能减少电感 上振荡电流引起的噪音问题。此外，本发明通过获取逆变器交流侧的三相线电压和三相电 流，获取逆变器直流侧最大功率点电压和最大功率点电流，根据基于EL方程模型建立的逆 变控制模型，在电网不平衡情况下，对所述逆变器进行控制。减小在电网不平衡时光伏并网 逆变器并入电网的交流电流谐波，并实现了电流的动态解耦，提高了逆变器的稳态和动态 性能。
[0087] 实施例二
[0088] 本发明实施例一提供一种光伏并网逆变器控制方法，其中，所述逆变器结构如图2 所示，其中，控制部分的输入为交流侧的三相线电压，三相电流，逆变器直流侧最大功率电 压Udcm和最大功率点电流idem;输出为开关函数3 3^、5。，通过开关函数53^、5。实现空间矢 量脉宽调制SVPWM。根据基于EL方程模型建立的逆变控制模型，在电网不平衡情况下，对所 述逆变器进行控制。
[0089] 本实施例采用了图3和图4的拓扑电路。其具体的控制方法如图1所示。本控制方法 应用于ia+ib+i c不等于0所述引入的Iz电流的控制器。由于产生的Iz电流无法由DQ轴控制直 接控制，必须对I z电流设计一个新的控制器来完成闭环控制目的。
[0090] 具体的，本实施例提供一种光伏并网逆变器控制方法，包括以下步骤：
[0091] 201、采集流过感抗的电网三相电流信号；
[0092] 202、将电流信号进行clark变换获得在邱坐标系下的电流信号ia，i e以及零序电流 iz；
[0093] 203、将邱坐标系下的电流信号ia，ie进行park变换，获得dq坐标系下的电流信号 isq，isd，将isq和isd与控制装置给出的参考电流的dq电流分量i sqref，isdref分别进行加减比 较，将加减比较后得到的结果经过第一 PI控制器后生成dq坐标系下的电压参考值Vsqref和 Vsdref，将isq，isd与参考电流分量isqref，isdref分别进行加减比较，将加减比较后的结果通过 PI控制器后的输出值再加上dq坐标系下的电压参考值Vsqref和Vsdref之和并通过反park变换 生成在邱坐标系下电压参考值Vsqref和Vsdref，将Vsqref和Vsdreff经过SVM控制器后的输出叠加 至PWM控制器的输入端上，具体的，其对对邱坐标系下的电流进行park变换与对dq坐标系下 的电压参考值进行的反park变换互为反向。
[0094] 204、将零序电流iz与由控制装置给出的零序参考电流izref进行加减比较，将加减 比较后得到的结果经过第二PI控制器后叠加至PWM控制器的输入端上；
[0095] 20 5、通过P丽控制器对输出电压进行调节。
[0096]如图5所示，本发明在于1)通过Clark变换获取零序电流;2)由控制装置给出零序 参考电流;3)对零序电流与零序参考电流进行加减运算;4)将控制误差输入第二PI控制器， 第二PI控制器通过控制误差对零序电流进行调节。其中第二PI控制器可以为带限幅功能的 误差放大器;5)第二PI控制器的输出直接加在PWM控制器的输入端。控制器由零序电流与零 序参考电流之间的误差，通过PI控制器输出调节PWM，来实现闭环调节零序电流的目的。经 过加减比较，加减比较后得到的结果经过第二PI控制器后的输出值逐渐趋近与零序参考电 流。
[0097]以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本 发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的 技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。
【主权项】
1. 一种光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，包括： 采集流过感抗的电网三相电流信号； 将所述电网三相电流信号与参考电流信号进行加减比较，得到误差信号； 将所述误差信号经过第一 PI控制器生成电压参考值，将所述电压参考值经过SVM控制 器后的输出叠加至PWM控制器的输入端； 将零序电流与零序参考电流进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第二PI控制 器后叠加至PWM控制器的输入端； 通过PWM控制器对输出电压进行调节； 根据EL方程模型建立逆变控制模型，在电网不平衡情况下，对所述光伏并网逆变器进 行控制。2. 如权利要求1所述的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，所述将所述电网三相电 流信号与参考电流信号进行加减比较，得到误差信号包括： 将所述电网三相电流信号进行Clark变换得到αβ坐标系下的电流以及零序电流； 将所述邱坐标系下的电流进行park变换得到dq坐标系下的电流信号，将dq坐标系下的 电流信号与参考电流的dq电流分量分别进行加减比较得到所述误差信号。3. 如权利要求2所述的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，所述将所述误差信号经 过第一 PI控制器生成电压参考值包括： 将所述误差信号经过所述第一 PI控制器生成dq坐标系下的电压参考值； 通过反park变换生成在αβ坐标系下的电压参考值。4. 如权利要求2所述的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，将dq坐标系下的电流信 号与参考电流的dq电流分量分别进行加减比较，得到所述误差信号，所述误差信号经过第 一 PI控制器后的输出值逐渐趋近于dq坐标系下的电压参考值。5. 如权利要求1所述的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，将零序电流与零序参考 电流进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第二PI控制器后的输出值逐渐趋近于零 序参考电流。6. 如权利要求3所述的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于:对αβ坐标系下的电流进 行park变换与对dq坐标系下的电压参考值进行的反park变换互为反向。7. 如权利要求1所述的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于： 所述逆变控制模型的模型为三相静止坐标系下的数学模型，所述逆变控制模型为基于 EL方程模型的无源控制器。8. 如权利要求7所述的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于， 所述根据基于EL方程模型建立逆变控制模型包括： 获取逆变器交流侧的三相线电压和三相电流； 获取逆变器直流侧最大功率点电压和最大功率点电流； 根据所述逆变器交流侧的三相线电压和三相电流，及所述逆变器直流侧最大功率点电 压和最大功率点电流，基于EL方程模型建立逆变控制模型； 所述逆变控制模型的输入为所述逆变器交流侧的三相线电压和三相电流，及所述逆变 器直流侧最大功率点电压和最大功率点电流;所述逆变器的输出为三相静止坐标系下的开 关函数。9. 如权利要求7所述的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，所述根据基于EL方程模 型建立逆变控制模型包括： 对所述逆变器交流侧的三相线电流进行park变换，以获得dq坐标系下的交流侧电流； 对所述逆变器在三相静止坐标系下的线开关函数进行park变换，获得dq坐标系下的开 关函数； 对所述逆变器交流侧的三相线电压进行park变换，获得dq坐标系下的交流侧电压； 将所述dq坐标系下的交流侧电流，dq坐标系下的开关函数，dq坐标系下的交流侧电压 代入所述逆变器在三相静止坐标系下的数学模型，获得所述逆变器在dq坐标系下的数学模 型； 根据EL方程模型和所述逆变器在dq坐标系下的数学模型建立所述逆变控制模型。10. 如权利要求7所述的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，所述逆变控制模型的 输出为：其中，Δ 5 = 5^^。；^分别为所述逆变控制模型的输出在三相静止坐标系下的 开关函数，34、53。々。分别为所述逆变控制模型的输出在三相静止坐标系下的线开关函数。
【文档编号】H02M7/537GK105958808SQ201510947249
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2015年12月16日
【发明人】郭利辉, 张元敏
【申请人】许昌学院