光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光伏并网逆变器及其控制技术领域，具体是一种光伏并网逆变器空间 电压矢量双滞环电流控制方法和系统。
【背景技术】
[0002] 能源短缺是当今世界面临的重大问题，对可再生能源发电领域的研宄具有重要意 义。作为光伏发电技术的关键设备，光伏并网逆变器及其控制技术的研宄越来越受到普遍 关注。
[0003] 目前，大部分光伏逆变器采用的是三相半桥电压型逆变器拓扑结构，控制方式多 为电流模式控制，例如滞环电流控制，滞环电流控制具有很好的电流跟踪性能，但由于环宽 不变，将导致功率器件的开关频率变化范围较大，造成交流侧滤波电感设计困难以及功率 模块应力和开关损耗较大等一系列问题。
[0004] 基于空问电压矢量的双滞环电流控制策略就是针对传统电流滞环的缺点而提出 的，其主要原理是通过实时调节电流滞环宽度以维持开关频率的基本恒定。就该原理的实 现途径上来说，目前一些学者的研宄，可划分为以下三个方面。
[0005] (1)利用PLL电路构成开关频率闭环控制器，使开关信号与一个给定的频率固定 的方波信号进行比较，给到的相位差值经过PI调节得到期望的环宽值。这种方法能有效地 使输出电压脉冲序列与时钟脉冲序列的相位差保持最小。
[0006] ⑵采用滞环宽度电流误差预测法，通过对（K-l)T时刻电流误差的采样，预测出 KT时刻电流误差的变化趋势，并计算出下一周期内开关切换时刻，在一个给定的周期内完 成一次桥臂开关的通/断，实现定频。这种方法可实现数字化控制，但是控制器实时计算量 很大，并且交流侧电感和电阻参数的选取对电流低次谐波含量影响较大。
[0007] (3)利用双滞环实现定频滞环SVPWM，该方法采用双滞环比较单元，内滞环比较单 元作用是确定空问电压参考矢量，外滞环比较单元输出最终开关状态值。这种方法关键在 于空问电压参考矢量V #的确定。由于这种控制方法结合了 SVPWM调制，有效地提高了电压 利用率。
[0008] 另外，文献"王德发，丁洪发.基于小对称级联型多电平逆变器的动态电压恢复器 研宄[J].电力系统保护与控制，2007,35(13):49-52,60."提出了一种能适用于单相逆变 器的定频滞环控制算法。本发明在该文献结论的基础上，把该算法引入到三相无中线逆变 器结构中并加以改进，最后在Matlab中进行仿真验证，证明了该改进算法的可行性。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法 和系统，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0010] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0011] 一种光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法，利用光伏并网逆变器线 电流与功率器件开关状态的关系，对线电流实行解耦控制，利用双滞环来检测参考空问电 压矢量的位置，结合PLL电路对输出开关量进行检测，构成频率闭环控制。
[0012] 作为本发明进一步的方案：对线电流实行解耦控制采用三相无中线逆变器线电流 解藕算法。
[0013] 作为本发明进一步的方案：所述三相无中线逆变器线电流解藕算法是利用a相开 关状态与ib。无关，即a相开关状态与线电流i bJ军藕算法，对i ab，ib。，实行解藕控制，把 A iab，A ib。，A 作为电流滞环控制器的输入，结合SVPWM调制方式以及PLL相位检测实 现定频控制。
[0014] 作为本发明进一步的方案：利用双滞环来检测参考空问电压矢量的位置采用 SVPWM及双滞环调节算法。
[0015] 作为本发明进一步的方案：所述SVPWM及双滞环调节算法是利用电压空问矢量的 理论，外滞环用来判别参考电压所在的平行四边形位置，内滞环作用是根据确定的四边形 位置信息，确定最终采用的控制电压矢量，通过双滞环比较器最终确定了三相开关函数S a， Sb，S。的取值问题。
[0016] 作为本发明进一步的方案：内滞环的作用就是对参考电压矢量所在的四边形区 域的四个电压控制矢量进行选择。
[0017] 作为本发明进一步的方案：在外滞环做线电流误差检测的过程中，利用锁相环电 路对两个对应的受控线电流误差进行相位控制，使这两个电流误差相位相反。
[0018] 作为本发明进一步的方案：利用Matlab/Simulink工具箱和3kW实验平台对双滞 环控制算法进行实验验证。
[0019] 一种采用所述光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法的系统。
[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0021] 本发明根据逆变器线电流与功率器件开关状态的关系，对线电流实行解藕控制， 利用双滞环来判断参考空间电压矢量的位置，结合锁相环电路对偷出的开关状态进行检 测，构成频率闭环控制。最后利用Matlab/Simulink工具箱和3kW实验平台对双滞环控制算 法进行验证。结果表明，该算法保留了传统滞环控制电流跟踪响应快、有限流能力的优点， 同时也有效地克服了开关频率变化不固定、开关损耗较大等问题。
【附图说明】
[0022] 图1为三相光伏并网逆变器的电流滞环控制结构图。
[0023] 图2为a相桥臂主电路的电路图。
[0024] 图3为a相电流滞环与误差电流的关系图。
[0025] 图4为三相无中线逆变器主电路拓扑图。
[0026] 图5为状态矢量在平面上的划分图。
[0027] 图6为双滞环控制结构框图。
[0028] 图7为采用电压空问矢量双滞环电流控制算法的三相并网逆变器a相相电压Ea 和相电流i a的波形图。
[0029] 图8为逆变器三相线电流iab，ib。，iea的波形图。
[0030] 图9为线电流iab的误差电流波形图。
[0031] 图10为在给定开关频率为6kHz时的三相并网逆变器输出电流ia实验波形图。
[0032] 图11为在给定开关频率为10kHz时的三相并网逆变器输出电流ia实验波形图。
[0033] 图12为在给定的开关频率在6kHz时的a相桥臂PWM输出波形图。
[0034] 图13为在给定的开关频率在10kHz时的a相桥臂PWM输出波形图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0036] 为了进一步明白光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法和系统，下面 先对滞环宽度与开关频率的函数关系进行详细的说明。
[0037] 图1所示为三相光伏并网逆变器的电流滞环控制结构图，其基本原理是把反馈电 流和给定电流进行比较，A i作为滞环比较器的输入，通过设定合理的滞环宽度使实际输 入电流围绕给定电流信号做锯齿状跟踪变化，达到跟踪给定电流的目的。电流滞环宽度的 固定会引起功率器件开关频率不恒定，造成功率器件开关损耗过大，这对驱动保护电路硬 件设计要求较高。
[0038] 为了说明开关频率fs与滞环宽度h之间的函数关系，现以a相桥臂频率变化进行 分析，a相桥臂主电路拓扑如图2所示，主电路电流电压关系为：
【主权项】
1. 一种光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法，其特征在于，利用光伏并 网逆变器线电流与功率器件开关状态的关系，对线电流实行解禪控制，利用双滞环来检测 参考空问电压矢量的位置，结合PLL电路对输出开关量进行检测，构成频率闭环控制。
2. 根据权利要求1所述的光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法，其特征 在于，对线电流实行解禪控制采用=相无中线逆变器线电流解親算法。
3. 根据权利要求2所述的光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法，其特征 在于，所述S相无中线逆变器线电流解親算法是利用a相开关状态与ib。无关，即a相开关 状态与线电流ibe解親算法，对ib。，i。。实行解親控制，把Aiab，Aibe，AiJ乍为电流 滞环控制器的输入，结合SVPWM调制方式W及化L相位检测实现定频控制。
4. 根据权利要求1所述的光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法，其特征 在于，利用双滞环来检测参考空问电压矢量的位置采用SVPWM及双滞环调节算法。
5. 根据权利要求4所述的光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法，其特征 在于，所述SVPWM及双滞环调节算法是利用电压空问矢量的理论，外滞环用来判别参考电 压所在的平行四边形位置，内滞环作用是根据确定的四边形位置信息，确定最终采用的控 制电压矢量，通过双滞环比较器最终确定了S相开关函数S。，Sb，S。的取值问题。
6. 根据权利要求4所述的光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法，其特征 在于，内滞环的作用就是对参考电压矢量U巧f在的四边形区域的四个电压控制矢量进行选 择。
7. 根据权利要求4-6之一所述的光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法， 其特征在于，在外滞环做线电流误差检测的过程中，利用锁相环电路对两个对应的受控线 电流误差进行相位控制，使该两个电流误差相位相反。
8. 根据权利要求1-6之一所述的光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法， 其特征在于，利用Matlab/Simulink工具箱和3kW实验平台对双滞环控制算法进行实验验 证。
9. 一种采用如权利要求1-6之一所述光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制 方法的系统。
【专利摘要】本发明公开了一种光伏并网逆变器空间电压矢量双滞环电流控制方法和系统，利用光伏并网逆变器线电流与功率器件开关状态的关系，对线电流实行解耦控制，利用双滞环来检测参考空问电压矢量的位置，结合PLL电路对输出开关量进行检测，构成频率闭环控制。本发明在保留了传统滞环控制的电流响应速度快、有一定限流能力等优点的基础上，能有效地保持功率器件开关频率恒定，降低功率器件开关损耗，有助于驱动电路以及保护电路的设计，具备良好的实际应用价值。
【IPC分类】H02M7-48
【公开号】CN104682748
【申请号】CN201410778682
【发明人】巩保峰, 冀娟, 郭红强
【申请人】国家电网公司, 国网河北省电力公司邯郸供电分公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月15日