专利名称：一种具有抗负载扰动的并网逆变器的控制方法
技术领域：
本发明属于电力逆变控制技术领域，具体涉及一种具有抗负载扰动的并网逆变器的控制方法。
背景技术：
随着能源和环境问题的日益严峻，开发和利用可再生能源(如太阳能、风能等)已成为人类社会的迫切需要。并网逆变器作为连接可再生能源发电系统和电网的必要接口设备，直接影响到整个并网发电系统的性能，因此已成为当前电力电子领域的研究热点。图1所示为一种典型的光伏发电系统结构，其主要由光伏电池阵列、并网逆变器、 交流滤波器、本地负载等组成。其工作原理是光伏电池组件所产生的直流电通过并网逆变器变换为交流电，首先满足本地负载用电，如果还有富余的电能可以馈送到电网。图中， 交流滤波器作为连接逆变器和电网的必要接口部件，用以抑制高频开关产生的电压和电流纹波，可以采用L型或LCL型。由于LCL型滤波器在降低总电感量的同时，还可以在高频段实现更大的谐波电流衰减，因此近年来成为一种非常有吸引力的并网逆变器输出滤波器结构。然而，LCL型滤波器包含三个储能元件(逆变侧电感、电容和电网侧电感)，故采用LCL 型滤波器的并网控制系统(包括并网逆变器、LCL型滤波器、电压电流传感器及控制环)为三阶系统，其在谐振频率处存在很大的幅值增益尖峰，导致系统对谐振频率附近的谐波以及本地负载变化等引起的扰动极为敏感。采用无源阻尼(即在滤波元件上增加阻尼电阻)的方法在一定程度上可以削弱 LCL型滤波器中的谐振尖峰，有利于系统的稳定控制，但是会带来附加损耗，降低系统效率。为抑制LCL型滤波器的谐振问题，目前大多采用有源阻尼方法，如Guoqiao Sien等人在论文标题为 An Improved Control Strategy for Grid-Connected Voltage Source Inverters with an LCL Filter(Transactions on Power Electronics,23, (4),2008, PP. 1899-1906)的文章中公开了一种分裂电容法；该方法将交流侧滤波电容分为两个并联电容器组成，通过检测两个电容器之间的电流作为内环反馈量，达到阻尼系统的效果。显然，该方法改变了逆变器的滤波器结构，需要额外增加电流传感器来检测两个电容之间的电流，这无疑会提高系统的成本；此外，该方法未考虑本地负载对网侧电流的影响。因此，在并网逆变器带本地负载的情况，有必要研究一种既不增加系统成本，又能有效抑制本地负载扰动对网侧电流影响的控制策略。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种具有抗负载扰动的并网逆变器的控制方法，能够在并网逆变器带本地负载的情况下，有效抑制负载扰动对网侧电流的影响。一种具有抗负载扰动的并网逆变器的控制方法，包括如下步骤(1)采集电网电压和网侧电流；
所述的网侧电流为流经LCL型滤波器中电网侧电感的电流。(2)利用锁相环提取电网电压的相位，将所述的相位与给定的电网电流峰值相乘， 得到网侧电流给定信号；使所述的网侧电流给定信号减去所述的网侧电流，得到电流误差信号；利用电流调节器对所述的电流误差信号进行调节，得到指令信号；(3)利用前馈信号估测器对所述的电网电压和网侧电流进行运算处理，得到前馈信号；(4)将所述的前馈信号和指令信号相加，得到调制信号；利用PWM调制器使所述的调制信号与给定的三角载波信号进行比较，生成开关信号，以对并网逆变器中的开关管进行控制。所述的电流调节器为PI (比例积分)控制器或PR(比例谐振)控制器。所述的步骤(3)中，前馈信号估测器根据以下方程表达式对电网电压和网侧电流进行运算处理；
_咖-L如明其中Vf (t)为t时刻的前馈信号值，D(t)为t时刻的PWM(脉冲宽度调制)开关函数值，Vd。为直流母线电压(即并网逆变器直流侧的输入电压)，、(t)为t时刻的网侧电流值，Vg(t)为t时刻的电网电压值^和L2分别为LCL型滤波器中逆变侧电感和电网侧电感的电感值。对于双极性PWM调制技术而言，当调制波大于三角载波时，D(t) =1，当调制波小于三角载波时，D(t) =-1 ；对于单极性PWM调制技术而言，D (t) =S1 (t)-S2 (OjS1U) 为t时刻并网逆变器中超前臂上开关管的开关量，当调制波大于零时，S1 (t) = 1，当调制波小于零时，S1 (t) = 0 ;S2(t)为t时刻并网逆变器中滞后臂上开关管的开关量，当调制波大于三角载波时，S2(t) =0，当调制波小于三角载波时，S2 (t) = 1。本发明采用前馈信号估测器根据电网电压和网侧电流计算前馈量，相对现有技术省去了检测滤波器电容电流所需的传感器，节约了系统成本；且在并网逆变器带本地负载的情况下，能够保证网侧电流不受负载扰动影响，使得整个系统从三阶系统降为一阶系统， 实现了对系统的阻尼作用，且简化了电流调节器的设计。
图1为典型的光伏发电系统结构示意图。图2为本发明并网控制系统的示意图。图3(a)为采用电容电流前馈控制的控制流程图。图3(b)为采用负载电流前馈控制的控制流程图。图4为本发明采用前馈信号估测器的控制流程图。图5为实测前馈信号的波形图。图6为本发明前馈信号估测器输出前馈信号的波形图。图7为负载电流阶跃变化的波形图。图8为与图7负载电流阶跃变化相对应的网侧电流的波形图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式
对本发明并网逆变器的控制方法进行详细说明。如图2所示，一种具有抗负载扰动的并网逆变器的控制方法，包括如下步骤(1)采集电网电压Vg和网侧电流；本实施方式中，并网逆变器将450V的直流电转换为220V的交流电，并通过LCL型滤波器滤波后输入至电网。并网逆变器为5kW的单相电压源型逆变器VSI，其具有4只IGBTansulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，IGBT的开关频率为8. 4kHz。LCL型滤波器包括逆变侧电感L1、电容C和电网侧电感L2 = 1. 6mH,L2 = 1. 6mH, C = 12 μ F ；网侧电流为流经电网侧电感L2的电流、。(2)利用锁相环PLL提取电网电压Vg的相位sin θ，将相位sin θ与给定的电网电流峰值Igm相乘，得到网侧电流给定信号ig ；本实施方式中，电网电流峰值Igm = 25A ；使网侧电流给定信号ig减去网侧电流i⑵得到电流误差信号iu ；利用PI控制器对电流误差信号iu进行PI调节，得到指令信号Vd ；其中PI控制器的传递函数为G。(S) = (KpS+ig/S，Kp为比例系数，Ki为积分系数，s = j ω，ω为角频率； 本实施方式中，Kp = 0. 01，Ki = 80。(3)利用前馈信号估测器根据以下方程表达式对电网电压Vg和网侧电流、进行运算处理，得到前馈信号vf;
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权利要求
1.一种具有抗负载扰动的并网逆变器的控制方法，包括如下步骤(1)采集电网电压和网侧电流；(2)利用锁相环提取电网电压的相位，将所述的相位与给定的电网电流峰值相乘，得到网侧电流给定信号；使所述的网侧电流给定信号减去所述的网侧电流，得到电流误差信号； 利用电流调节器对所述的电流误差信号进行调节，得到指令信号；(3)利用前馈信号估测器对所述的电网电压和网侧电流进行运算处理，得到前馈信号；(4)将所述的前馈信号和指令信号相加，得到调制信号；利用PWM调制器使所述的调制信号与给定的三角载波信号进行比较，生成开关信号，以对并网逆变器中的开关管进行控制。
2.根据权利要求1所述的具有抗负载扰动的并网逆变器的控制方法，其特征在于所述的电流调节器为PI控制器或PR控制器。
3.根据权利要求1所述的具有抗负载扰动的并网逆变器的控制方法，其特征在于所述的步骤⑶中，前馈信号估测器根据以下方程表达式对电网电压和网侧电流进行运算处理；其中vf (t)为t时刻的前馈信号值，D (t)为t时刻的PWM开关函数值，Vd。为直流母线电压，iL2(t)为t时刻的网侧电流值，Vg(t)为t时刻的电网电压值^和1^2分别为LCL型滤波器中逆变侧电感和电网侧电感的电感值。
全文摘要
本发明公开了一种具有抗负载扰动的并网逆变器的控制方法，包括(1)采集电网电压和网侧电流；(2)根据网侧电流生成指令信号；(3)根据电网电压和网侧电流求得前馈信号；(4)使指令信号与前馈信号叠加得到调制信号，根据调制信号生成控制并网逆变器的开关信号。本发明采用前馈信号估测器根据电网电压和网侧电流计算前馈量，相对现有技术省去了检测滤波器电容电流所需的传感器，节约了系统成本；且在并网逆变器带本地负载的情况下，能够保证网侧电流不受负载扰动影响，使得整个系统从三阶系统降为一阶系统，实现了对系统的阻尼作用，且简化了电流调节器的设计。
文档编号H02J3/38GK102545265SQ20121002837
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者白志红, 马皓 申请人:浙江大学