本發(fā)明涉及pwm變換器控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在帶lcl并網(wǎng)的pwm變換器系統(tǒng)及其控制信號(hào)的采集方法。

背景技術(shù)：

目前，帶lcl并網(wǎng)的pwm變換器具有非常廣泛地應(yīng)用，如pwm整流器、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器、有源濾波器及光伏并網(wǎng)逆變器等。pwm變換器系統(tǒng)的控制目標(biāo)是并網(wǎng)電流，而并網(wǎng)電流會(huì)對(duì)并網(wǎng)電流產(chǎn)生直接影響，因此還需要知道電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)基波相位，目前最常用的方法是直接采用傳感器進(jìn)行采集，但增加傳感器意味著增加成本，僅單相系統(tǒng)而言，采用傳感器直接采集的方式，則需要增加六個(gè)傳感器。為了降低系統(tǒng)成本，本發(fā)明提供了一種有效的解決辦法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種能夠保證pwm控制系統(tǒng)穩(wěn)定且降低系統(tǒng)成本的帶lcl并網(wǎng)的pwm變換器系統(tǒng)及在帶lcl并網(wǎng)的pwm變換器系統(tǒng)的控制信號(hào)的采集方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種在帶lcl并網(wǎng)的pwm變換器系統(tǒng)的控制信號(hào)的采集方法，具體的：

并網(wǎng)電流ig依據(jù)公式：

電網(wǎng)電壓ug依據(jù)公式：

獲得；其中，c是三階濾波器中電容器的電容，lg為三階濾波器網(wǎng)側(cè)電感的電感值，ω′是系統(tǒng)的頻率，s是復(fù)頻域內(nèi)的一個(gè)復(fù)數(shù)變量。

其中，所述公式(1)和公式(2)中的正弦信號(hào)的微分算法采用二階頻率自適應(yīng)濾波器；所述頻率自適應(yīng)是指系統(tǒng)的頻率ω′能夠通過鎖頻環(huán)在線計(jì)算，并且將計(jì)算結(jié)果直接代入二階濾波器，從而實(shí)現(xiàn)在頻率波動(dòng)時(shí)仍能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)信號(hào)的微分。

所述二階頻率自適應(yīng)濾波器采用雙反饋環(huán)的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，輸入信號(hào)與反饋信號(hào)做差得到誤差信號(hào)，誤差信號(hào)乘以頻率再與微分信號(hào)做差，再進(jìn)一步積分，得到反饋信號(hào)，再進(jìn)一步積分得到負(fù)微分信號(hào)。

所述網(wǎng)側(cè)電流的獲得，是通過電容電壓經(jīng)過二階頻率自適應(yīng)濾波器得到負(fù)的電容電流，然后再將負(fù)的電容電流與變換器側(cè)電流相加得到的。

所述電網(wǎng)電壓的獲得，是網(wǎng)側(cè)電流經(jīng)過二階頻率自適應(yīng)濾波器得到負(fù)的網(wǎng)側(cè)電感兩端的電壓，然后將網(wǎng)側(cè)電感兩端的電壓與電容電壓相加得到的。

獲得所述網(wǎng)側(cè)電流和所述電網(wǎng)電壓的兩個(gè)二階頻率自適應(yīng)濾波器串聯(lián)。

為了更好的實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種帶lcl并網(wǎng)的pwm變換器系統(tǒng)，其特征在于，包括lcl濾波單元、pwm變換器功率單元、信號(hào)采集單元、控制單元；所述pwm變換器功率單元通過lcl濾波單元與電網(wǎng)連接；

其中，所述控制單元構(gòu)造基波信號(hào)所采用的如下公式得到：

其中，uc為實(shí)時(shí)采集的三階濾波器中電容的電壓，ii為實(shí)時(shí)采集的變換器電流，c是三階濾波器中電容器的電容，lg為三階濾波器網(wǎng)側(cè)電感的電感值，ω′是系統(tǒng)的頻率，s是復(fù)頻域內(nèi)的一個(gè)復(fù)數(shù)變量。

所述lcl濾波單元為電容和電感構(gòu)成的三階濾波器；所述pwm變換器功率單元是單相或三相電壓源型逆變器主電路；所述信號(hào)采集單元，用于采集電容電壓和變換器電流；所述控制單元，根據(jù)采集的電容電壓和變換器電流構(gòu)造并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓基波信號(hào)，并對(duì)pwm變換器功率單元進(jìn)行控制；所述信號(hào)采集單元、所述控制單元和所述pwm變換器功率單元依次連接，構(gòu)成自動(dòng)閉環(huán)控制回路。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用電容電壓和變換器電流構(gòu)造并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓基波分量，能夠在有效地對(duì)變換器進(jìn)行過流保護(hù)和抑制lcl諧振的基礎(chǔ)上，降低系統(tǒng)的成本，同時(shí)由于整個(gè)計(jì)算過程只有積分而沒有微分環(huán)節(jié)，因而不會(huì)引入高頻干擾影響控制性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中帶lcl并網(wǎng)的pwm變換器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中變換器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1和2中與公式(1)和公式(2)相對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系圖。

圖4為對(duì)比試驗(yàn)中誤差曲線對(duì)照?qǐng)D。

具體實(shí)施方式

以圖3所示的單向系統(tǒng)為例(當(dāng)然，同理可得三相或多相系統(tǒng))，為了保護(hù)變換器，通常采集變換器的輸出電流，為了對(duì)lcl的諧振進(jìn)行抑制，還需要采集電容電壓，而對(duì)變換器的控制目標(biāo)是并網(wǎng)電流，電網(wǎng)電壓會(huì)對(duì)并網(wǎng)電流產(chǎn)生直接的影響，所以，在控制中還需要知道ig和ug的信息，為了降低成本不直接采用傳感器，而是直接利用采集的電容電壓和變換器電流實(shí)時(shí)且有效地構(gòu)造出ig和ug的基波信號(hào)。

實(shí)施例1

參見圖1和圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種帶lcl并網(wǎng)的pwm變換器系統(tǒng)，包括lcl濾波單元2、pwm變換器功率單元3、信號(hào)采集單元4、控制單元5；pwm變換器功率單元3通過lcl濾波單元2與電網(wǎng)連接；其中，pwm變換器功率單元3通過lcl濾波單元2與電網(wǎng)1相連；lcl濾波單元2是由電感和電容構(gòu)成的三階濾波器；pwm變換器功率單元3是單相或三相電壓源型逆變器主電路，包括兩電平、三電平或者多電平；信號(hào)采集單元4采集的是電容電壓和變換器電流，將強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)，輸入給控制單元5；控制單元5根據(jù)采集得到的信息構(gòu)造并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的基波信號(hào)，并據(jù)此對(duì)pwm變換器功率單元3進(jìn)行控制。信號(hào)采集單元4、控制單元5和pwm變換器功率單元3依次連接，構(gòu)成自動(dòng)閉環(huán)控制回路。

其中，控制單元構(gòu)造基波信號(hào)所采用的如下公式得到：

其中，uc為實(shí)時(shí)采集的三階濾波器中電容的電壓，ii為實(shí)時(shí)采集的變換器電流，c是三階濾波器中電容器的電容，lg為三階濾波器網(wǎng)側(cè)電感的電感值，ω′是系統(tǒng)的頻率，s是復(fù)頻域內(nèi)的一個(gè)復(fù)數(shù)變量。

根據(jù)圖3和公式(1)、(2)可以利用uc和ii的實(shí)時(shí)采樣值構(gòu)造出ig和ug的基波信號(hào)，而無須對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行采集。其中，公式(1)和公式(2)中的正弦信號(hào)的微分算法采用二階頻率自適應(yīng)濾波器；所述頻率自適應(yīng)是指系統(tǒng)的頻率ω′能夠通過鎖頻環(huán)在線計(jì)算，并且將計(jì)算結(jié)果直接代入二階濾波器，從而實(shí)現(xiàn)在頻率波動(dòng)時(shí)仍能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)信號(hào)的微分。二階頻率自適應(yīng)濾波器采用雙反饋環(huán)的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，輸入信號(hào)與反饋信號(hào)做差得到誤差信號(hào)，誤差信號(hào)乘以頻率再與微分信號(hào)做差，再進(jìn)一步積分，得到反饋信號(hào)，再進(jìn)一步積分得到負(fù)微分信號(hào)。網(wǎng)側(cè)電流的獲得，是通過電容電壓經(jīng)過二階頻率自適應(yīng)濾波器得到負(fù)的電容電流，然后再將負(fù)的電容電流與變換器側(cè)電流相加得到的。電網(wǎng)電壓的獲得，是網(wǎng)側(cè)電流經(jīng)過二階頻率自適應(yīng)濾波器得到負(fù)的網(wǎng)側(cè)電感兩端的電壓，然后將網(wǎng)側(cè)電感兩端的電壓與電容電壓相加得到的。其中獲得網(wǎng)側(cè)電流和電網(wǎng)電壓的兩個(gè)二階頻率自適應(yīng)濾波器串聯(lián)。

實(shí)施例2

一種在帶lcl并網(wǎng)的pwm變換器系統(tǒng)的控制信號(hào)的采集方法，具體為：

對(duì)lcl濾波單元的電容電壓uc和變換器電流ii進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣；

然后將實(shí)時(shí)采集的電容電壓uc和變換器電流ii輸入到公式(1)和公式(2)中，即可得出并網(wǎng)電流ig和電網(wǎng)電壓ug，所述公式如下：

其中，c是三階濾波器中電容器的電容，lg為三階濾波器網(wǎng)側(cè)電感的電感值，ω′是系統(tǒng)的頻率，s是復(fù)頻域內(nèi)的一個(gè)復(fù)數(shù)變量。

其中，公式(1)和公式(2)中的正弦信號(hào)的微分算法采用二階頻率自適應(yīng)濾波器；所述頻率自適應(yīng)是指系統(tǒng)的頻率ω′能夠通過鎖頻環(huán)在線計(jì)算，并且將計(jì)算結(jié)果直接代入二階濾波器，從而實(shí)現(xiàn)在頻率波動(dòng)時(shí)仍能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)信號(hào)的微分。二階頻率自適應(yīng)濾波器采用雙反饋環(huán)的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，輸入信號(hào)與反饋信號(hào)做差得到誤差信號(hào)，誤差信號(hào)乘以頻率再與微分信號(hào)做差，再進(jìn)一步積分，得到反饋信號(hào)，再進(jìn)一步積分得到負(fù)微分信號(hào)。網(wǎng)側(cè)電流的獲得，是通過電容電壓經(jīng)過二階頻率自適應(yīng)濾波器得到負(fù)的電容電流，然后再將負(fù)的電容電流與變換器側(cè)電流相加得到的。電網(wǎng)電壓的獲得，是網(wǎng)側(cè)電流經(jīng)過二階頻率自適應(yīng)濾波器得到負(fù)的網(wǎng)側(cè)電感兩端的電壓，然后將網(wǎng)側(cè)電感兩端的電壓與電容電壓相加得到的。其中獲得網(wǎng)側(cè)電流和電網(wǎng)電壓的兩個(gè)二階頻率自適應(yīng)濾波器串聯(lián)。

對(duì)比試驗(yàn)

由圖3可以直接得到以下公式：

顯然，直接將上式的微分方程變?yōu)椴罘址匠?，可以利用uc和ii的實(shí)時(shí)采樣值得到ig和ug。pwm變換器系統(tǒng)分別采用將上述傳統(tǒng)差分方程算法構(gòu)造基波電網(wǎng)電壓時(shí)的誤差，與采用本發(fā)明實(shí)施例2的方法進(jìn)行對(duì)比，得出二者的誤差曲線圖如圖4所示，其中，曲線1是傳統(tǒng)差分方程算法的誤差曲線，曲線2是本發(fā)明提出的算法的誤差曲線。從圖中可以看出，當(dāng)電網(wǎng)電壓含有諧波時(shí)，本發(fā)明提出的算法，能夠準(zhǔn)確地構(gòu)造基波電網(wǎng)電壓，誤差在1％以內(nèi)。雖然可以利用上面的公式(3)和公式(4)得到目標(biāo)控制參數(shù)，但是，明顯與本發(fā)明的方法相比存在非常大的誤差，易引入干擾。

通過上述誤差對(duì)比能夠看出，本發(fā)明不僅利用利用電容電壓uc和變換器電流ii構(gòu)造出并網(wǎng)電流ig和電網(wǎng)電壓ug，避免傳感器的使用，節(jié)省成本，而且計(jì)算準(zhǔn)確率非常高。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。