一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法
【专利摘要】一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：实时采集三相并网电流iabc与直流母线电压udc、采用交流电压观测器观测电网侧交流电压eαβ、计算无功功率Q、获取有功电流指令和无功电流指令获取三相SPWM调制信号对三相SPWM调制信号进行调制，生成驱动逆变器的开关信号sa,b,c，通过驱动逆变器的开关信号控制开关管的通断，实现逆变器的控制，本发明通过驱动逆变器的开关信号控制开关管的通断，实现逆变器的控制，通过应用TOGI?OSG构造交流电压观测器，降低了硬件成本，提高逆变器在分布式能源接入条件下的电网适应性；避免了观测过程存在的积分初值、积分饱和问题直流偏差；由于TOGI的滤波效果，使得并网电流正弦度好，谐波含量小。
【专利说明】
一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种分布式发电技术领域，尤其是一种并网逆变器无交流电压传感器 控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，风力、光伏等可再生能源得到了快速发展，国内建立了大量的大型风力、 光伏电站。随着分布式可再生能源渗透率的不断提高，并网逆变器在传统配电网中的地位 越发突出。为了高效可靠的完成可再生能源分散式并网，并有效降低并网逆变器对电网的 冲击，需要解决可再生能源间歇性与随机性对接入系统电压稳定性的影响。为了实现并网 功率与电流控制，现有的并网逆变器中一般都采用锁相环得到电网电压信息，但这类锁相 降低了分布式可再生能源接入机组的电能质量。近年来国内外一些研究者开始研究不依赖 电网电压信号的无交流电压传感器控制，在降低硬件成本的同时，提高逆变器在分布式能 源接入条件下的电网适应性。
[0003] 目前，三相并网逆变器无交流电压传感器控制主要采用虚拟磁链定向的控制方 法，包括仅用于定向的dq控制，以及用于功率计算的功率闭环控制。由于虚拟磁链定向的方 法是将整流器的交流侧等效为一个虚拟电动机，电网电压可以看成是虚拟磁链的微分，从 而通过对电网电压积分得到虚拟磁链，在实际应用中需要解决积分初值、积分饱和与直流 偏移问题。在实际中一般通过低通滤波器代替纯积分，但低通滤波器不可避免的会带来幅 值与相位上的偏差，影响并网电流波形及直流母线电压的稳定性。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种能够准确估算电网电压基波分量的并网逆 变器无交流电压传感器控制方法。
[0005] 本发明的技术方案为:一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于， 包括以下步骤：
[0006] 1)、实时采集三相并网电流iabc与直流母线电压Udc，通过对三相并网电流iabc和逆 变器侧三相电压uabc做Clark变换得到电流iae和电压Uae，其中，逆变器侧三相电压uabc由 SPWM开关信号Sa,b,c和直流母线电压Udc合成，计算式为:Ua,b,C = Udc*Sa,b,C;
[0007] 2)、利用三阶广义积分器(T0GI)能够对特定频率正弦信号实现无静差跟踪的特性 构建正交信号发生器(0SG);
[0008] 3)、利用正交信号发生器(0SG)构建交流电压观测器，采用交流电压观测器观测电 网侦校流电压eaf!，从而得到电网侧交流电压eaf!的观测值'；
[0009] 4)、采用电网侧交流电压的观测值4^十算无功功率Q并获取电压定向信息；
[0010] 5)、通过将给定指令电压?4与实时采集的直流母线电压Udc做差后进行PI控制，得 到有功电流指令将无功功率Q作为反馈，通过给定无功指令(f = 〇与无功功率Q做差后进 行PI控制，得到无功电流指令
[0011] 6)、将有功电流指令 <和无功电流指令 <做反Park变换得到电流环指令将电流 he作为反馈，将电流环指令^与电流ic4俞入电流环qPR控制器，并限幅输出后做反Clark变 换得到三相SPWM调制信号< b.c ?
[0012] 7)、利用三角载波法对三相SPWM调制信号<b.。进行调制，生成驱动逆变器的开关信 号~^。，通过驱动逆变器的开关信号控制开关管的通断，实现逆变器的控制。
[0013] 上述技术方案中，步骤2)中，将v作为输入信号输入正交信号发生器(0SG)后，与输 入信号反馈的输出信号彡做差后经过正交信号发生器(0SG)增益系数K后进入三阶广义积分 器(T0GI)得到三个输出信号~^ 3，通过构造得到输入信号的估计值1^'|、及估计值的正 交量_v3:，所述输入信号V包括电压Uccf!、电流iccf!，所述三阶广义积分器(T0GI)的传递函 数如下：
[0017] 其中，v(s)、V1(S)、 V2(S)、V3(S)分另lj为将时域变量V、 V1、V2、V3经拉氏变换后的频域 变量，s为拉普拉斯算子，K为正交信号发生器(0SG)增益系数，co n是输入信号v的角频率。
[0018] 上述技术方案中，步骤3)中将电压Uae、电流iae分别输入正交信号发生器(0SG)后 构造得到电压电流iae的估计值^及其估计值的正交量鵝、g，根据三相并网逆 变器的数学模型：
[0020] 可以得到交流电压观测器为：
[0022] 从而得到电网侧交流电压的观测值&，其中，ea、ee是电网侧交流电压eae的a、0分 量，i a、ip是电流iafi的a、0分量，Ua、up是电压Uaf!的a、0分量;< (是电网侧交流电压的观测 值的a、0分量，^$是估计值4p的a、0分量，A、4是估计值1(5的*1、0分量，L为滤波电 感，R为滤波电感等效电阻，是电网频率。
[0023]上述技术方案中，步骤4)中，无功功率计算式为：
[0024] g =
[0025] 上述技术方案中，步骤6中），所述电流环qPR控制器的传递函数GqPR(s)为：
[0027]其中，KP为比例系数，Kr为谐振增益，为电流环qPR控制器参数，可以通过改变 ? 〇来调节qPR控制器的带宽。
[0028] 本发明的有益效果为:通过应用T0GI-0SG构造交流电压观测器，降低了硬件成本， 提高逆变器在分布式能源接入条件下的电网适应性;避免了观测过程存在的积分初值、积 分饱和问题；由于T0GI的滤波效果，使得并网电流正弦度好，谐波含量小，改善了并网的电 能质量，且能很好的消除电网电压存在直流分量、输出电流中出现直流偏移和直流环流带 来的误差问题。
【附图说明】
[0029]图1为本发明的流程图；
[0030]图2为本发明基于三阶广义积分器构建的正交信号发生器结构图；
[0031 ]图3为本发明交流电压观测器结构图；
[0032]图4为本发明三相逆变器无交流电压传感器控制系统结构图；
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明：
[0034]如图1、图2、图3、图4所示，一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在 于，包括以下步骤：
[0035] 1)、实时采集三相并网电流iabc与直流母线电压udc，通过对三相并网电流i abc和逆 变器侧三相电压uabc做Clark变换得到电流和电压咖，其中，逆变器侧三相电压uabc由 SPWM开关信号Sa,b,。和直流母线电压Ud。合成，计算式为:UaAc^Udc^Sa.b,。；
[0036] 2)、利用三阶广义积分器(T0GI)能够对特定频率正弦信号实现无静差跟踪的特性 构建正交信号发生器(0SG);
[0037] 3)、利用正交信号发生器(0SG)构建交流电压观测器，采用交流电压观测器观测电 网侦校流电压eaf!，得到电网侧交流电压eaf!的观测值
[0038] 4)、采用电网侧交流电压的观测值计算无功功率Q并获取电压定向信息；
[0039] 5)、通过将给定指令电压4与实时采集的直流母线电压Ud。做差后进行PI控制，得 至陏功电流指令匕将无功功率Q作为反馈，通过给定无功指令(f = 〇与无功功率Q做差后进 行PI控制，得到无功电流指令< ;
[0040] 6)、将有功电流指令 <和无功电流指令< 做反Park变换得到电流环指令'，将电流 作为反馈，将电流环指令&与电流输入电流环qPR控制器，并限幅输出后做反Clark变 换得到三相SPWM调制信号
[0041] 7)、利用三角载波法对三相SPWM调制信号<^进行调制，生成驱动逆变器的开关信 号~^。，通过驱动逆变器的开关信号控制开关管的通断，实现逆变器的控制。
[0042]上述技术方案中，步骤2)中，如图2所示，将v作为输入信号输入正交信号发生器 (0SG)后，与输入信号反馈的输出信号做差后经过正交信号发生器(0SG)增益系数K后进入 三阶广义积分器(T0GI)得到三个输出信号^、^、^，通过构造得到输入信号的估计值众=巧、 及估计值的正交量沪=v 2-v3，所述输入信号v包括电压Uae、电流iae，所述三阶广义积分器 (T0GI)的传递函数如下：
[0046] 其中，V(S)、V1(S)、V2(S)、V3(S)分别为将时域变量￥、￥1、￥2、￥3经拉氏变换后的频域 变量，S为拉普拉斯算子，K为正交信号发生器(0SG)增益系数，co n是输入信号v的角频率。
[0047] 上述技术方案中，步骤3)中，如图3所示，将电压Uae、电流输入正交信号发生器 (0SG)后构造得到电压_、电流的估计值'、^及其估计值的正交量私、益，裉据三 相并网逆变器的数学模型：
[0049] 可以得到交流电压观测器为：
[0051 ] 从而得到电网侧交流电压的观测值，其中，ea、ee是电网侧交流电压eae的a』分 量，ia、iP是电流iCif!的a、0分量，Ua、up是电压Uaf!的a、0分量;4、&是电网侧交流电压的观测 值^的 a、0分量，^ _、4是估计值k的a、0分量又、A是电压估计值的a、0分量，L为滤波 电感，R为滤波电感等效电阻，是电网频率。
[0052] 上述技术方案中，步骤4)中，无功功率计算式为：
[0053] 0 = </p-^/a。
[0054]上述技术方案中，步骤6中），所述电流环qPR控制器的传递函数GqPR(s)为：
[0056]其中，KP为比例系数，Kr为谐振增益，为电流环qPR控制器参数，可以通过改变 ? 〇来调节qPR控制器的带宽。
[0057]上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本 发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保 护的本发明范围内。
【主权项】
1. 一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 、实时采集三相并网电流^。与直流母线电压Udc，通过对三相并网电流iabc和逆变器 侦U三相电压u abc做Clark变换得到电流iae和电压Uae，其中，逆变器侧三相电压uabc由SP丽开 关信号s a,b,。和直流母线电压Ud。合成，计算式为:UaAc^Udc^Sa.b,。； 2) 、利用三阶广义积分器(TOGI)能够对特定频率正弦信号实现无静差跟踪的特性构建 正交信号发生器(OSG); 3) 、利用正交信号发生器(OSG)构建交流电压观测器，采用交流电压观测器观测电网侧 交流电压ecif!，从而得到电网侧交流电压θαβ的观测值; 4) 、采用电网侧交流电压的观测值4β计算无功功率Q并获取电压定向信息； 5) 、通过将给定指令电压^与实时采集的直流母线电压Ud。做差后进行ΡΙ控制，得到有 功电流指令zd%将无功功率Q作为反馈，通过给定无功指令(f = 〇与无功功率Q做差后进行PI 控制，得到无功电流指令/1|; 6 )、将有功电流指令<和无功电流指令<做反Park变换得到电流环指令，将电流iafs作 为反馈，将电流环指令与电流iae输入电流环qPR控制器，并限幅输出后做反Clark变换得 到三相SPWM调制信号; 7)、利用三角载波法对三相SPTO1调制信号进行调制，生成驱动逆变器的开关信号 sa,b,。，通过驱动逆变器的开关信号控制开关管的通断，实现逆变器的控制。2. 根据权利要求1所述的一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于:步 骤2)中，将v作为输入信号输入正交信号发生器(OSG)后，与输入信号反馈的输出信号#做差 后经过正交信号发生器(OSG)增益系数K后进入三阶广义积分器(TOGI)得到三个输出信号 ^、^，通过构造得到输入信号的估计值#1、及估计值的正交量浐=%-化所述输入信 号v包括电压_、电流所述三阶广义积分器(TOGI)的传递函数如下：其中，V(S)、V1(S)、V2(S)、V3(S)分别为将时域变量V、V1、V2、V3经拉氏变换后的频域变 量，S为拉普拉斯算子，K为正交信号发生器(0SG)增益系数，ωη是输入信号V的角频率。3. 根据权利要求1所述的一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于:步 骤3)中将电压Uae、电流iae分别输入正交信号发生器(0SG)后构造得到电压Uae、电流iae的估 计值'及其估计值的正交量^、：?，根据三相并网逆变器的数学模型：可以得到交流电压观测器为：从而得到电网侧交流电压的观测值，其中，ea、θβ是电网侧交流电压θαβ的α、β分量，iα、 ie是电流iae的a、β分量，Ua、Uf!是电压Uaf!的a、β分量;i是电网侧交流电压的观测值&的 a、β分量，4、.|是估计值iap的a、β分量，??α.、： &是估计值.??的a、β分量，L为滤波电感，R为滤 波电感等效电阻，是电网频率。4. 根据权利要求1所述的一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于:步 骤4)中，无功功率计算式为：5. 根据权利要求1所述的一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于:步 骤6中），所述电流环qPR控制器的传递函数G qPR(s)为：其中，KP为比例系数，KR为谐振增益，ω 〇为qPR控制器参数，可以通过改变ω 〇来调节电流 环qPR控制器的带宽。
【文档编号】H02M7/44GK105958544SQ201610526200
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】卢子广, 林远, 林靖宇, 黄太昱, 张文元, 张力
【申请人】广西大学