基于pci控制的lcl型三相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于PCI控制的LCL型三相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法，用于LCL型三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中，將基于PCI控制的LCL型三相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法中的PI控制器替換為PCI控制器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有可靠性高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
基于PC I控制的LCL型H相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種LCL型S相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法，尤其是設(shè)及一種基于PCI控 制的LCL型S相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代社會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源消耗，傳統(tǒng)的化石能源造成的污染W(wǎng)及其自身的枯 竭問題已經(jīng)不可避免，人類把更多的目光放在可再生能源上。風(fēng)能和太陽能則是干凈無污 染的新能源，蘊(yùn)含量豐富，為首要之選。而逆變器技術(shù)，則是新能源接入電網(wǎng)過程中極其重 要的技術(shù)之一。
[0003] 逆變器輸出電流必須經(jīng)過濾波器濾除高次諧波，如今常用的濾波器為L(zhǎng)型濾波器、 LC型濾波器和LCL型濾波器。L型濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但濾波效果并不十分理想;LC 型濾波器適用于雙模式下的逆變器，并網(wǎng)情況下其濾波效果等同于L型濾波器，此時(shí)濾波電 容C相當(dāng)于本地負(fù)載，并無濾波作用;IXL型濾波器具有最優(yōu)的濾波效果，濾波電容C作為高 次諧波通道，能夠有效濾除高次諧波。但由于為=階系統(tǒng)，存在諧振峰，在諧振頻率處有較 大的增益，極易引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)便顯得尤為重要，不僅要保證控 制系統(tǒng)穩(wěn)定，還需要使系統(tǒng)的各種特性滿足一定的要求。帶LCL濾波器的S相并網(wǎng)逆變器一 般有兩種控制方式，W抑制諧振峰，分別為有源阻尼控制和無源阻尼控制。無源阻尼控制一 般在濾波電容C上串聯(lián)或并聯(lián)電阻，增大系統(tǒng)阻尼。該方法簡(jiǎn)單有效，但新增的電阻無疑會(huì) 增加系統(tǒng)消耗，影響效率。有源阻尼控制方式，一般采用并網(wǎng)電流和電容電流雙環(huán)控制，能 夠有效抑制諧振峰，同時(shí)不會(huì)增加額外消耗。因此，研究IXL濾波器下的并網(wǎng)逆變器控制方 法具有重要的理論和實(shí)際意義?，F(xiàn)有的控制方法存在W下問題：
[0004] 1.傳統(tǒng)型LCL型雙環(huán)控制方法中，一般采用兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，此時(shí)外環(huán)控制器通常 選擇PI控制器(如圖1所示，圖1中PI表示PI控制器）。但是，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，鑒于LCL型 濾波器為=階，無法實(shí)現(xiàn)完全解禪。因此，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)控制系統(tǒng)，采用的是 近似解禪，運(yùn)將會(huì)增大系統(tǒng)控制的誤差；
[0005] 2.在采用兩相靜止坐標(biāo)系的情況下，系統(tǒng)控制量為交流量。此時(shí)外環(huán)采用PI控制 器，在理論上存在固有的穩(wěn)態(tài)誤差，因?yàn)镻I控制只能對(duì)直流量實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無誤差跟蹤。并且， 對(duì)于基波和相位等控制，也存在穩(wěn)態(tài)誤差；
[0006] 3.用雙環(huán)控制增大了系統(tǒng)阻尼，有效抑制了系統(tǒng)諧振峰值，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。而 傳統(tǒng)的PI控制和準(zhǔn)諧振控制，在相同參數(shù)條件下，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度和可靠性有限。
[0007] 鑒于W上原因，傳統(tǒng)型雙環(huán)控制=相并網(wǎng)逆變器的控制方法難W滿足輸入輸出高 速瞬態(tài)響應(yīng)、小型化、輕量化、高效率、高功率因數(shù)的技術(shù)指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于PCI控制的 IXL型S相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法。
[0009] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種基于PCI控制的LCL型S相并網(wǎng) 逆變器雙環(huán)控制方法，用于LCL型S相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中，將基于PCI控制的LCL型S相并網(wǎng) 逆變器雙環(huán)控制方法中的PI控制器替換為PCI控制器。
[0010] 所述的PCI控制器的傳遞函數(shù)為：
，其中，Kp為PCI控制比例系 數(shù)，K功PCI控制積分系數(shù)，S為復(fù)數(shù)參量，j表示虛部，W日=2灶，f = 50化。
[0011] 該方法包括W下步驟：
[0012] (I)S相電網(wǎng)電壓鎖相環(huán)檢測(cè)電網(wǎng)電壓相位信號(hào)0，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的參考電 流id、iq變換成兩相靜止坐標(biāo)系下的參考電流ia、ie;
[0013] (2)將采集到的網(wǎng)側(cè)電流和并網(wǎng)電流變換成兩相靜止坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)電流iw、ice 和并網(wǎng)電流i2a、i2e;
[0014] (3)參考電流ia減去并網(wǎng)電流i2a和參考電流ie減去并網(wǎng)電流后經(jīng)PCI控制器得 到網(wǎng)側(cè)電流的參考值；
[001引 （4)網(wǎng)側(cè)電流的參考值減去網(wǎng)側(cè)電流iea、iee后，依次經(jīng)比例控制器、2-3變換、SPWM 模塊得到開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后控制逆變器開關(guān)管的接通與關(guān)斷，進(jìn)而控制并網(wǎng)逆 變器系統(tǒng)入網(wǎng)電流的幅值和相位W及并網(wǎng)電流質(zhì)量。
[0016] Kp 滿足
其中，N = L2CKeKpwm?2( 〇-〇〇) + KpKeKp?i(。。0)，Li表示逆變器側(cè)濾波電感的大小，。表示網(wǎng)偵Il濾波電感的大小，C表示濾波 電容的大小，Ke表示比例控制器的比例系數(shù)，Kpwm表示逆變橋等效系數(shù)，W讀示系統(tǒng)閉環(huán)幅 頻特性的幅值降到-3地時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率，《表示系統(tǒng)頻率。
[0017] Ki滿足其中，M = I^iLsC W 3( O + O Q)-化1+L2) ( O - O 0) O + KiKeKpwm O
[0018] 本發(fā)明LCL型S相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)關(guān)
其 中，Al = KpKeKpwm ,Ao = KeKpwm 化i + j ? Kp)，B4 = 1^iL2C ,Bs = KeKpwmLsC-化止2〇 W，B2 = 1^1+L2-JKeKp碰L2CC0 ,Bi = KpKeKp碰-j ? (L1+L2)，Bo = KeKp?(Ki+j ?Kp)，取參數(shù)Kp = 0.5,KeKpwm= 22,Ki = 500。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] (1)傳統(tǒng)方法采用PI控制器，而本發(fā)明采用的是PCI控制器，由于并網(wǎng)控制系統(tǒng)采 用的是兩相靜止坐標(biāo)系，系統(tǒng)控制量為交流量，而PCI控制器可W對(duì)交流量實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無誤差 跟蹤，而PI控制器只能對(duì)直流量實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無誤差跟蹤，因此，PCI控制比PI控制具有更好的 穩(wěn)態(tài)特性；
[0021] (2)PCI具有良好的動(dòng)態(tài)特性，能夠滿足指令突變的要求，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài) 和靜態(tài)性能；
[0022] (3)該方法能夠在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，提高并網(wǎng)電流的波形質(zhì)量、跟蹤精度和 功率因數(shù)，同時(shí)有利于對(duì)橋臂開關(guān)管的保護(hù)，保證整個(gè)逆變器系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行；
[0023] (4)外環(huán)控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)電流的直接控制，并且外環(huán)控制采用PCI控制，在基波 處可實(shí)現(xiàn)無窮大增益，能夠有效跟蹤交流指令信號(hào)，有利于提高入網(wǎng)電流的控制精度，基本 實(shí)現(xiàn)無靜差跟蹤，并且提高了入網(wǎng)電流的功率因數(shù)；
[0024] (5)采用雙環(huán)控制增大了系統(tǒng)阻尼，有效抑制了系統(tǒng)諧振峰值，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定 性，相比于傳統(tǒng)的PI控制和準(zhǔn)諧振控制，在相同參數(shù)條件下，系統(tǒng)具有更大的穩(wěn)定裕度，可 靠性大大增強(qiáng)；
[0025] (6)本發(fā)明提出的基于PCI控制的LCL并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法，擁有控制精度高， 跟蹤效果好，功率因數(shù)高W及系統(tǒng)可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于太陽能發(fā)電、風(fēng)力等新能源并網(wǎng) 系統(tǒng)，并且可推廣到其它單相或者=相并網(wǎng)逆變器的控制方法當(dāng)中。
【附圖說明】
[0026] 圖1為基于PI控制的LCL并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制框圖；
[0027] 圖2為基于PCI控制的LCL并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制框圖；
[00%]圖3為L(zhǎng)CL濾波器結(jié)構(gòu)框圖；
[0029] 圖4為基于PI控制的LCL并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法的傳遞函數(shù)方框圖；
[0030] 圖5為PCI控制器結(jié)構(gòu)框圖；
[0031 ]圖6為L(zhǎng)CL濾波器和并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的伯德圖；
[0032 ]圖7為基于PCI控制的LCL并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流諧波崎變率；
[0033 ]圖8為基于PI控制的LCL并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流諧波崎變率；
[0034] 圖9為PCI控制和PI控制下的穩(wěn)態(tài)誤差圖；
[0035] 圖10為并網(wǎng)電流突變時(shí)并網(wǎng)電壓和電流的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0037] 如圖2所示，一種基于PCI控制的1化型立相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法，用于IXL型 S相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中，將基于PCI控制的LCL型S相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法中的PI控制 器替換為PCI控制器。
[0038] 該方法包括W下步驟：
[0039] (I)S相電網(wǎng)電壓鎖相環(huán)檢測(cè)電網(wǎng)電壓相位信號(hào)0，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的參考電 流id、iq變換成兩相靜止坐標(biāo)系下的參考電流ia、ie;
[0040] (2)將采集到的網(wǎng)側(cè)電流和并網(wǎng)電流變換成兩相靜止坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)電流iw、ice 和并網(wǎng)電流i2a、i2e;
[0041 ] (3)參考電流ia減去并網(wǎng)電流i2a和參考電流ie減去并網(wǎng)電流后經(jīng)PCI控制器得 到網(wǎng)側(cè)電流的參考值；
[0042 ] (4)網(wǎng)側(cè)電流的參考值減去網(wǎng)側(cè)電流ica、i。6后，依次經(jīng)比例控制器、2-3變換、SPWM 模塊得到開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后控制逆變器開關(guān)管的接通與關(guān)斷，進(jìn)而控制并網(wǎng)逆 變器系統(tǒng)入網(wǎng)電流的幅值和相位W及并網(wǎng)電流質(zhì)量。
[004引圖2中Udc表示直流側(cè)輸入電壓，Lla、Llb、Llc表示逆變器側(cè)濾波電感，Uca、Ucb、Ucc表示 濾波電容的S相電壓，L2a、L2b、L2c表示網(wǎng)側(cè)濾波電感，Ua、Ub、Uc表示S相電網(wǎng)等效電壓，Cabc 表示濾波電容，SPWM表示用于生成PWM波的模塊，PCI表示比例諧振積分控制器，Ke表示比例 控制器。
[0044] 如圖5所示為PCI控制器結(jié)構(gòu)框圖，PCI控制器的傳遞函數(shù)為：
其中，Kp為PCI控制比例系數(shù)，Ki為PCI控制積分系數(shù)，S為復(fù)數(shù)參量，j表示虛部，W 0 = 2時(shí)，f = 50Hz。
[0045] PCI控制器的結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行數(shù)學(xué)變換才能夠?qū)崿F(xiàn)，在求得傳遞函數(shù)G(S)后，將其變 換為公式（1)。
[0046]
(1)
[0047] 圖3為IXL濾波器結(jié)構(gòu)框圖，圖帥Uinv表示逆變器輸出側(cè)電壓，i讀示電感^3的電 流，i2表示并網(wǎng)電流，Uc表示電容電壓，Ug表示外部電網(wǎng)電壓，Li表示逆變器側(cè)濾波電感的大 小，L2表示網(wǎng)側(cè)濾波電感的大小，C表示濾波電容的大小，S表示復(fù)數(shù)參量。
[0048] 圖4為基于PI控制的LCL并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法的傳遞函數(shù)方框圖，圖4中 K,+7?表示PCI控制器的傳遞函數(shù)，K康示比例控制器的比例系數(shù)，Kp?表示逆變橋等效系 數(shù)。
[0049] 本發(fā)明LCL型S相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)呆
庚 中，Al = KpKeKpwm ,Ao = KeKpwm 化i + j ? Kp)，B4 = 1^iL2C ,Bs = KeKpwmLsC-化止2〇 W，B2 = 1^1+L2-JKeKpwmLsC ?，Bi = KpKeKpwm-j ? 化I + L2 )，Bo = KeKpwm 化i + j ? Kp )，本實(shí)施例取參數(shù)Kp = 0.5， KeKpwm=22，Ki = 500,則 Ai = 11 ,Ao= 11000+j3454，B4 = 7，B3=1.32*10-7-j5.65*10-9，B2 = 0.006-j4.41*10-5，Bi= 11-j 1.884，Bo= 11000+j3454。
[0050] 圖6為L(zhǎng)CL濾波器和并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的伯德圖，圖9為PCI控制和PI控制下的穩(wěn)態(tài)誤 差圖，圖10為并網(wǎng)電流突變時(shí)的波形圖。
[0051] 圖7為基于PCI控制的LCL并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流諧波崎變率，圖8為基于PI控制的 IXL并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流諧波崎變率，由圖7和圖8可得，相同控制參數(shù)下，PCI控制下并網(wǎng) 電流諧波崎變率明顯小于PI控制下并網(wǎng)電流諧波崎變率，且參考電流為30A時(shí)，PCI控制下 并網(wǎng)電流幅值為30.37A，而PI控制下的電流幅值為30.8A，PCI控制的電流穩(wěn)態(tài)誤差明顯小 于PI控制，驗(yàn)證了本發(fā)明的有效性和可行性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于PCI控制的LCL型Ξ相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法，用于IXL型Ξ相并網(wǎng)逆變 器系統(tǒng)中，其特征在于，將基于PCI控制的LCL型Ξ相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法中的ΡΙ控制 器替換為PCI控制器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PCI控制的LCL型Ξ相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法，其 特征在于，所述的PCI控制器的傳遞函數(shù)為，其中，Κρ為PCI控制比例系 數(shù)，K功PCI控制積分系數(shù)，S為復(fù)數(shù)參量，j表示虛部，ω日=2灶，f = 50化。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PCI控制的LCL型Ξ相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法，其 特征在于，包括W下步驟： (1) Ξ相電網(wǎng)電壓鎖相環(huán)檢測(cè)電網(wǎng)電壓相位信號(hào)Θ，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的參考電流id、 iq變換成兩相靜止坐標(biāo)系下的參考電流ia、ie; (2) 將采集到的網(wǎng)側(cè)電流和并網(wǎng)電流變換成兩相靜止坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)電流和并 網(wǎng)電流i2a、i2e; (3 )參考電流iα減去并網(wǎng)電流i 2α和參考電流iβ減去并網(wǎng)電流i 2β后經(jīng)PCI巧制器得到網(wǎng) 側(cè)電流的參考值； (4)網(wǎng)側(cè)電流的參考值減去網(wǎng)側(cè)電流ica、ice后，依次經(jīng)比例控制器、2-3變換、SPWM模塊 得到開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后控制逆變器開關(guān)管的接通與關(guān)斷。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于PCI控制的LCL型Ξ相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法，其 特征在于，Κρ滿足，其中，N = L2CKeKp?"2( ω-ω〇) + KpKeKp?i(。+。0)，Ll表示逆變器側(cè)濾波電感的大小，。表示網(wǎng)偵1|濾波電感的大小，C表示濾波 電容的大小，Ke表示比例控制器的比例系數(shù)，Kpwm表示逆變橋等效系數(shù)，ω讀示系統(tǒng)閉環(huán)幅 頻特性的幅值降到-3地時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率，ω表示系統(tǒng)頻率。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于PCI控制的LCL型Ξ相并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制方法，其 特征在于，Ki滿巧，其中，M=1^iL2C ω 3( ω + ω 〇)-(Xi+L2) ( ω - ω 0) ω + KiKeKpwm 〇
【文檔編號(hào)】H02M1/12GK105846706SQ201610182312
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日
【發(fā)明人】楊旭紅, 李浩然
【申請(qǐng)人】上海電力學(xué)院