一種消除電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流影響的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種消除電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流影響的方法及裝置。在傳統(tǒng)特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器控制中增加諧波電流抑制環(huán)，并獲得需要在逆變電壓中注入的相應(yīng)諧波電壓的幅值和相位，通過(guò)離線求解獲得帶各種不同幅值和相位諧波注入的開(kāi)關(guān)角數(shù)組，最后根據(jù)查表得到含有相應(yīng)諧波幅值和相位的開(kāi)關(guān)角并生成相應(yīng)的脈沖波形，驅(qū)動(dòng)特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器的開(kāi)關(guān)管，達(dá)到抑制電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流產(chǎn)生的諧波的目的。本發(fā)明提出的消除并網(wǎng)電流諧波的方法，能使采用特定諧波消除法的三相并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流滿足逆變器并網(wǎng)電流總諧波失真的要求，使得并網(wǎng)逆變器具有THD低和穩(wěn)態(tài)性能好的特點(diǎn)，該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便、穩(wěn)定可靠。
【專利說(shuō)明】一種消除電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流影響的方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及逆變器控制及其調(diào)制技術(shù)，尤其涉及一種消除電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電 流影響的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] PWM調(diào)制方式是逆變器的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前廣泛應(yīng)用的調(diào)制方式主要包括正弦 波PWM調(diào)制法（SPWM )、空間矢量PWM調(diào)制法（SVPWM )和特定諧波消除法（SHEPWM )。SVPWM調(diào) 制法具有直流電壓利用率高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，而相比SPWM和SVPWM調(diào)制法，SHEPWM調(diào) 制法在相同的輸出電能質(zhì)量下具有更低的等效開(kāi)關(guān)頻率。因此，SHEPWM特別適合高功率并 網(wǎng)逆變器的應(yīng)用。
[0003]目前，SHEPWM調(diào)制法由于具有更低的等效開(kāi)關(guān)頻率，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域得到了很好 的應(yīng)用。更低的等效開(kāi)關(guān)頻率意味著更低的開(kāi)關(guān)損耗，從而能夠提高逆變器的效率，故可以 將SHEPWM應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器，以獲得更好的穩(wěn)態(tài)性能。
[0004]然而，SHEPWM調(diào)制法通?；诶硐胝也▽?shí)現(xiàn)，當(dāng)面臨含有各種低次背景諧波的 實(shí)際電網(wǎng)，其無(wú)法抵抗電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流的副作用，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)SHEPWM難以用于 實(shí)際工況的并網(wǎng)逆變器。特別的，當(dāng)SHEPWM調(diào)制法應(yīng)用于高功率并網(wǎng)逆變器時(shí)，逆變器輸 出濾波器較小，電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流的影響更加嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致并網(wǎng)電流總諧波失真 (THD)不能滿足并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。可見(jiàn)，傳統(tǒng)只含基波電流控制的shepwm并網(wǎng)逆變器難以 滿足實(shí)際應(yīng)用條件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有應(yīng)用于SHEPWM并網(wǎng)逆變器的調(diào)制技術(shù)的不足，提出一 種消除電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流影響的方法及裝置。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種消除電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流影響的方法，其針對(duì)于特定諧波消除法三相并網(wǎng)逆 變器，方法是：制作含有不同基波幅值、不同諧波幅值與相位的多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表；在傳統(tǒng) 特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器中增加多個(gè)并網(wǎng)電流諧波控制模塊，來(lái)檢測(cè)并網(wǎng)電流中的低次 諧波含量并獲得需要在逆變器輸出電壓中注入的諧波電壓幅值與相位，再將諧波電壓幅值 與相位結(jié)合傳統(tǒng)特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器中的基波電壓幅值，共同由查表地址生成模塊 生成查表地址，根據(jù)查表地址在多維開(kāi)關(guān)數(shù)組表中找到相應(yīng)的基波幅值、各個(gè)諧波的幅值 與相位的一組開(kāi)關(guān)角數(shù)據(jù)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器生成相應(yīng)的脈沖波形，驅(qū)動(dòng)特定諧波消除 法并網(wǎng)逆變器的開(kāi)關(guān)管，特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器輸出含有相應(yīng)基波幅值和各個(gè)諧波幅 值與相位的三相電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)背景諧波的有效補(bǔ)償，從而達(dá)到消除并網(wǎng)電流中低次諧 波的目的。
[0007]實(shí)現(xiàn)所述方法的消除電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流影響的裝置：包括電網(wǎng)電壓鎖相 模塊、基波電流控制模塊、多個(gè)η次諧波電流控制模塊，查表地址生成模塊、多維開(kāi)關(guān)角數(shù) 組表、驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器，其中基波電流控制模塊包括基波dq變換模塊和基波調(diào)節(jié)器，n次諧 波電流控制模塊包括η次諧波dq變換模塊和η次諧波調(diào)節(jié)器，η取6k± 1，k為正整數(shù)，通 過(guò)電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路獲得的電網(wǎng)電壓ua,ub,u。連接到電網(wǎng)電壓鎖相模塊的輸入端，電網(wǎng)電壓 鎖相模塊的輸出為電網(wǎng)電壓相位角Θ，電網(wǎng)電壓相位角Θ連接到基波dq變換模塊的輸入 端，電網(wǎng)電壓相位角Θ乘以η后，連接到相應(yīng)η次諧波dq變換模塊，其中 n取6k±l，k為 正整數(shù)，通過(guò)并網(wǎng)電流檢測(cè)電路獲得的并網(wǎng)電流ia，ib，i。連接到基波dq變換模塊和多個(gè) n 次諧波dq變換模塊，基波dq軸電流給定值idlref和iqlref分別減去基波dq變換模塊的輸出 idl和iql后得到基波電流dq軸誤差idl'和iql'，再將i dl'和iql'分別連接到基波調(diào)節(jié)器的輸 入端，基波調(diào)節(jié)器的輸出為基波電壓調(diào)制比叫和基波電壓的相位，基波電壓的相位 加上電網(wǎng)電壓相位角Θ得到的結(jié)果連接到驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器的輸入；每個(gè)諧波dq軸電流給 定值i dmei和iqnMf分別減去諧波dq變換模塊的輸出idn和iqn后得到諧波電流dq軸誤差 idn'和iqn'，再將idn'和iqn'分別連接到諧波調(diào)節(jié)器的輸入端，諧波調(diào)節(jié)器的輸出為諧波電壓 調(diào)制比％和諧波電壓的相位θ n，將基波電壓調(diào)制比叫、所有諧波電壓調(diào)制比與諧波電壓的 相位連接到查表地址生成模塊，其中η取6k± 1，k為正整數(shù)，查表地址生成模塊的輸出端連 接到多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表的輸入端，多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表的輸出端連接到驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器的輸 入端，驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器的輸出端連接到特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器的開(kāi)關(guān)管。
[0008] 本發(fā)明提出的消除特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)電流中低次諧波的方法能在 傳統(tǒng)SHEPWM并網(wǎng)逆變器的基波電流控制環(huán)路上，增加諧波電流控制環(huán)路，并在SHEPWM并 網(wǎng)逆變器的輸出電壓中注入與電網(wǎng)背景諧波相適應(yīng)的諧波電壓，從而有效抑制并網(wǎng)電流中 的低次諧波，使得SHEPWM并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流滿足并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，且有良好的靜態(tài)性 能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為消除特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)電流低次諧波裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為一種帶有諧波注入的多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為帶有諧波注入的SHEPWM在半個(gè)基波周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)角示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0011] 在傳統(tǒng)的不包含諧波抑制的特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器控制中，由基波電壓調(diào)制 比叫便可以通過(guò)查表地址生成器和一維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表獲得相應(yīng)的開(kāi)關(guān)角數(shù)組，然后通過(guò) 驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器生成SHEPWM脈沖波形，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管，完成SHEPWM的控制，但 是傳統(tǒng)SHEPWM并網(wǎng)逆變器對(duì)于電網(wǎng)中實(shí)際存在的電網(wǎng)背景諧波沒(méi)有抑制能力，因此傳統(tǒng) SHEPWM并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流中將出現(xiàn)大量的低次諧波電流，使得SHEPWM并網(wǎng)逆變器不 能滿足并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
[0012] 如圖1所示，本發(fā)明提出的一種針對(duì)于SHEPWM并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流低次諧波消 除的方法，其特征在于：通過(guò)對(duì)并網(wǎng)電流的檢測(cè)，然后經(jīng)過(guò)基波電流控制模塊2和多個(gè)諧波 電流控制模塊3、4、5的運(yùn)算處理，可以獲得SHEPWM并網(wǎng)逆變器需要的輸出電壓（包括基波 分量和諧波分量），通過(guò)在帶諧波分量的多維開(kāi)關(guān)角數(shù)據(jù)表7中查找出相應(yīng)的一組開(kāi)關(guān)角 數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器8,其中多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表7的結(jié)構(gòu)如圖2所示，形成脈沖驅(qū)動(dòng) SHEPWM并網(wǎng)逆變器的開(kāi)關(guān)管，其中SHEPWM并網(wǎng)逆變器的驅(qū)動(dòng)脈沖如圖3所示，得到帶有諧 波分量的逆變器輸出電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)背景諧波的補(bǔ)償，完成對(duì)并網(wǎng)電流中諧波電流的控 制； 所述的多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表的獲得是根據(jù)SHEPWM非線性方程組在半個(gè)基波周期內(nèi)的求 解，方程組如下所示： 2 v 777^： Σ?-2)* SHM χ α*) = ^ Τ^-Σ(-;/+； cos(Mx ctt) = dM ^ Mx71w_ M = 1,5,7,11,13. θν = arctan(-) dM 通過(guò)設(shè)定第M次諧波(或基波)的幅值調(diào)制比mM和相位角Θ M，求解出所有含有不同諧波 的開(kāi)關(guān)角數(shù)組，按照?qǐng)D2所示的結(jié)構(gòu)將其存儲(chǔ)于大容量存儲(chǔ)器中（如SD卡）以備查詢使用。 以5、7次諧波消除為例，在求解方程組時(shí)，需要設(shè)定 mi，m5, 05，％，θ7分別為指定范圍內(nèi)的 不同參數(shù)，然后分別求解出對(duì)應(yīng)的 〇1至αΝ，然后按照?qǐng)D2的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，將所有的開(kāi)關(guān)角數(shù) 組存為一個(gè)多維數(shù)組表。由基波電流控制模塊和5、7次諧波電流控制模塊獲得SHEPWM并 網(wǎng)逆變器需要輸出的基波電壓調(diào)制比叫、諧波電壓調(diào)制比和相位角m 5, θ5，ηι7, θ7，在查表 地址生成模塊中將所有量與多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表中的基波調(diào)制比、諧波電壓調(diào)制比和相位角 相對(duì)應(yīng)，獲得一個(gè)查表地址（ mi，m5, 05，m7, θ7)，通過(guò)查表地址就可以在多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組內(nèi) 找到對(duì)應(yīng)的基波調(diào)制比、諧波電壓調(diào)制比和相位角相應(yīng)的一組開(kāi)關(guān)角數(shù)據(jù)，與驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā) 生器的輸入量Θ *共同決定某個(gè)時(shí)刻SHEPWM并網(wǎng)逆變器的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此在驅(qū)動(dòng) 脈沖發(fā)生器中就可以產(chǎn)生相應(yīng)的SHEPWM脈沖波形，驅(qū)動(dòng)逆變橋的開(kāi)關(guān)管。
[0013] 針對(duì)以上所述的方法，本發(fā)明還具體提出了針對(duì)于特定諧波消除法三相并網(wǎng)逆變 器消除電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流影響的裝置，包括電網(wǎng)電壓鎖相模塊1、基波電流控制模塊 2、多個(gè)η次諧波電流控制模塊，查表地址生成模塊6、多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表7、驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器 8,其中基波電流控制模塊2包括基波dq變換模塊201和基波調(diào)節(jié)器202, η次諧波電流控 制模塊包括η次諧波dq變換模塊和η次諧波調(diào)節(jié)器，η取6k± 1，k為正整數(shù)，所有的諧波 電流控制模塊相似，只是針對(duì)于不同次數(shù)的諧波電流，需要在不同的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下完成控 制，比如5次諧波電流控制器，即η為5時(shí)，該諧波控制器針對(duì)于5次諧波電流，在5次旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系下計(jì)算出并網(wǎng)電流的dq軸分量，然后分別與給定值作差，將差值通過(guò)ΡΙ控制器的計(jì) 算，便可獲得5次諧波電壓的dq軸控制量u d5，uq5 ;通過(guò)電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路獲得的電網(wǎng)電壓 ua，ub，u。連接到電網(wǎng)電壓鎖相模塊1的輸入端，電網(wǎng)電壓鎖相模塊1的輸出為電網(wǎng)電壓相位 角Θ，電網(wǎng)電壓相位角Θ連接到基波dq變換模塊201的輸入端，電網(wǎng)電壓相位角Θ乘以 η后，連接到相應(yīng)η次諧波dq變換模塊，其中n取6k± 1，k為正整數(shù)，通過(guò)并網(wǎng)電流檢測(cè)電 路獲得的并網(wǎng)電流ia，ib，i。連接到基波dq變換模塊201和多個(gè)η次諧波dq變換模塊，基 波dq軸電流給定值i dlrrf和iqlref分別減去基波dq變換模塊201的輸出idl和i ql后得到基 波電流dq軸誤差idl和iql，再將idi和iqi分別連接到基波調(diào)下器202的輸入^，基波調(diào) 節(jié)器202的輸出為基波電壓調(diào)制比叫和基波電壓的相位，基波電壓的相位加上電 網(wǎng)電壓相位角Θ得到的結(jié)果連接到驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器 8的輸入；每個(gè)諧波扣軸電流給定值 idnrrf和iq_f分別減去諧波dq變換模塊的輸出idn和iqn后得到諧波電流dq軸誤差和 iqn'，再將idn'和iqn'分別連接到諧波調(diào)節(jié)器的輸入端，諧波調(diào)節(jié)器的輸出為諧波電壓調(diào)制比 mn和諧波電壓的相位θη?；娏骺刂颇K的原理和諧波電流控制模塊的原理相似，只是 要在相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行運(yùn)算，通過(guò)對(duì)并網(wǎng)電流相應(yīng)的dq變換，得到電流在基波和諧 波dq軸的分量，然后與給定值作差，差值做PI運(yùn)算，便可猶得基波電壓的dq軸控制量u dl， uql和諧波電壓的dq軸控制量udn，uqn，通過(guò)如下運(yùn)算

【權(quán)利要求】
1. 一種消除電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流影響的方法，其針對(duì)于特定諧波消除法三相并 網(wǎng)逆變器，其特征在于：制作含有不同基波幅值、不同諧波幅值與相位的多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表 (7);在傳統(tǒng)特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器中增加多個(gè)并網(wǎng)電流諧波控制模塊，來(lái)檢測(cè)并網(wǎng)電 流中的低次諧波含量并獲得需要在逆變器輸出電壓中注入的諧波電壓幅值與相位，再將諧 波電壓幅值與相位結(jié)合傳統(tǒng)特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器中的基波電壓幅值，共同由查表地 址生成模塊（6)生成查表地址，根據(jù)查表地址在多維開(kāi)關(guān)數(shù)組表（7)中找到相應(yīng)的基波幅 值、各個(gè)諧波的幅值與相位的一組開(kāi)關(guān)角數(shù)據(jù)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器（8)生成相應(yīng)的脈沖波 形，驅(qū)動(dòng)特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器的開(kāi)關(guān)管，特定諧波消除法并網(wǎng)逆變器輸出含有相應(yīng) 基波幅值和各個(gè)諧波幅值與相位的三相電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)背景諧波的有效補(bǔ)償，從而達(dá)到 消除并網(wǎng)電流中低次諧波的目的。
2. -種實(shí)施如權(quán)利要求1所述方法的消除電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流影響的裝置，其 特征在于： 包括電網(wǎng)電壓鎖相模塊（1 )、基波電流控制模塊（2)、多個(gè)η次諧波電流控制模塊，查 表地址生成模塊（6)、多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表（7)、驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器（8)，其中基波電流控制模塊 (2 )包括基波dq變換模塊（201)和基波調(diào)節(jié)器（202 )，η次諧波電流控制模塊包括η次諧波 dq變換模塊和η次諧波調(diào)節(jié)器，η取6k ± 1，k為正整數(shù)，通過(guò)電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路獲得的電網(wǎng) 電壓ua,ub,u。連接到電網(wǎng)電壓鎖相模塊（1)的輸入端，電網(wǎng)電壓鎖相模塊（1)的輸出為電網(wǎng) 電壓相位角Θ，電網(wǎng)電壓相位角Θ連接到基波dq變換模塊（201)的輸入端，電網(wǎng)電壓相位 角Θ乘以 n后，連接到相應(yīng)n次諧波dq變換模塊，其中η取6k±l，k為正整數(shù)，通過(guò)并網(wǎng) 電流檢測(cè)電路獲得的并網(wǎng)電流i a，ib，i。連接到基波dq變換模塊（201)和多個(gè)η次諧波dq 變換模塊，基波dq軸電流給定值idlMf和iqlMf分別減去基波dq變換模塊（201)的輸出i dl 和iql后得到基波電流dq軸誤差idl'和iql'，再將idl'和i ql'分別連接到基波調(diào)節(jié)器（202)的 輸入端，基波調(diào)節(jié)器（202)的輸出為基波電壓調(diào)制比叫和基波電壓的相位Θ i，基波電壓的 相位加上電網(wǎng)電壓相位角Θ得到的結(jié)果連接到驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器（8)的輸入；每個(gè)諧波 dq軸電流給定值idn^和iqnref分別減去諧波dq變換模塊的輸出U和iqn后得到諧波電流 dq軸誤差4'和iqn'，再將idn'和iqn'分別連接到諧波調(diào)節(jié)器的輸入端，諧波調(diào)節(jié)器的輸出為 諧波電壓調(diào)制比m n和諧波電壓的相位θ n，將基波電壓調(diào)制比mi、所有諧波電壓調(diào)制比與諧 波電壓的相位連接到查表地址生成模塊（6)，其中η取6k± 1，k為正整數(shù)，查表地址生成模 塊（6)的輸出端連接到多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表（7)的輸入端，多維開(kāi)關(guān)角數(shù)組表（7)的輸出端連 接到驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器（8)的輸入端，驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器（8)的輸出端連接到特定諧波消除法 并網(wǎng)逆變器的開(kāi)關(guān)管。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK104300542SQ201410544893
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】徐德鴻, 鄒莘劍, 嚴(yán)成, 張揚(yáng)帆, 何國(guó)鋒 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)