基于双闭环策略的并网逆变器控制方法研究

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1、基于双闭环策略的并网逆变器控制方法研究为了避免分布式屯源并网发电时刈•电网产牛谐波污染，必须对并网电能质量进行控制,电能质量在电压为可控变量时由电压质量决定，但由于电网公共连接点（pointofcoupling,PCC）处电压不可控，因而并网电能质量取决于逆变器输出的并网电流的质量。并网逆变器的控制目标就是在网侧得到近似正弦的电流波形和单位功率因数。理想情况下，输出电流谐波成对出现衣载波（开关）频率和其倍数附近，这些高频分最通过滤波器可以很容易去除。然而，山于逆变器开关管的不対称和开关死区时间等的影响，往往造成输出电流基波偏离参考电流，并带进低次谐波（典型如3次，5次，

2、7次等）。直流母线图1分布式发电系统构成图2并网VSI系统主电路相关文献提出了将逆变器方程从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标下，利用同步PI控制器消除静态误差的思想，相关文献利用这种思想改善了馈网电流质量，但是它给定有功电流和无功电流，独立于逆变器输出电压，当逆变器输出电压质量较低时，达不到预期设定功率因素。相关文献根据逆变器输出端电压电流瞬时值计算出有功功率和无功功率，分别与给定参考值比较进行调节，但是没有考虑总流侧电压波动问题，当总流侧电压波动较人吋,系统调节速度很慢。基于此，本文根据同步处标系下的电流特性，提岀了将逆变器从三相静止址标系模型转换到两相同步旋转坐标系

3、卜：采用基于同步PI控制技术的电流内坏和直流电压而馈控制外环的双环控制结构，实现了并网电流基波分量在同步旋转坐标轴上的静态无误差调节，有效降低了逆变器死区效应，并抑制了电流低次谐波，取得了网侧电流波形近似为正弦波、单位功率因数运行。一、三相逆变电源及模型并网VSI系统主电路结构如图2所示。分布式电源的输出经boost升压斩波电路形成的直流源接电压型三相逆变桥的直流母线，三相逆变桥的交流输出经电抗器并接电网，其小厶为输出滤波电抗值，°=为逆变器的三相输出电压，厂=为逆变器输出电感电流，怙（x=a,b,c）为三相坐标系下电网电压，乙为分布式电源产生的电流，V/t.为肓流侧母

4、线电压，C为肓流侧母线电容。在三相静止坐标系下，逆变器稳态输出时,•Ivyt■da1a1g"~dt—_L%~~L%Jc_-v<-系统方程为:(1)由（1）式可以看出，只要控制气与叭就可以控制「而对于同一电网，％是一定的，所以要控制的最就只有叫。这种通过控制逆变器输出电压进而控制并网电流的方式，与传统的开环电压控制策略比菽，具有动态响应快、过载能力强、控制精度高等优点。二、系统控制策略1.同步电流PI控制由于系统中逆变器是三相无中线系统，三相电流Z间非独立，系统模型是多输入多输出的耦合系统，将三相静止坐标变换到两相旋转坐标系下，可以简化系统模型，降低系统阶次,其转换公式为

5、：因此，式（1）转换成:sin69/cosefsin(曲-120)sin(a)t+120)cos(曲-120Jcos(cot+120)(3)其屮，Q是电网电压的角频率。在式（3）屮，由于电网的电压三相平衡时d-g轴分量为恒定直流量，但d-g之间的电流存在耦合，利用文献⑸提出的解耦方式可得：■■一仃Lcoi■■V,a+q—•7丄叽.(4)式中，K“,为比例系数，K“•为积分系数。同步电流PI控制方法能够很方便地通过同步旋转坐标系上肓流分最的PT控制，实现电流的无静差控制，简化了控制算法，提高了控制精度。1.直流电压前馈控制分布式电源并网运行时，一方曲由于分布式电源往往具有

6、强非线性，导致输出肓流电压波动；另一方而，山于在起动瞬间并网电流未建立，电网电流会反灌到逆变器的直流侧,给电容充电，形成Boost变换冋路，因此，直流电压波动因素必须通过控制器的调节作用加以规避本文设计的控制器通过平衡肓流侧功率与逆变器输出功率来稳定参考电压。在电压外坏的控制作用卜"，其并网有功电流分量会口动满足系统控制耍求，电压外坏的控制算法为：(5)(6)与传统误差比较不一•样，文小匕:作为误差比较器的负端输入，而其正端输入则为匕的反馈信号。当v/c>V/时，误差信号为」E,逆变器输出的订正向增加，即向电网提供冇功能量；反之，当匕时，从电网吸收有功能量以维持匕的恒定

7、。由于直流侧电容C本身并不消耗有功能量，这部分能量只是用来补偿逆变器开关管的损耗，所以从电网吸收的id很小。3.空间矢量PWM为了增强供电可靠性，提高电能质量，现在的分布式发电并网逆变器装置大都釆用PWH技术。空间矢量脉宽调制方法（SpaceVectorPulse-WidthModulation,SVPWM）具有直流电压利用率高、输出电压谐波含量少，控制鬲效等优点，是PWM控制鬲频开关器件中开关模式的首选。系统中，SVPWM的输入是d_q坐标系下的逆变器输出参考电压矢量，输出是PWM调制波以驱动逆变器。三、结论木文针对分布式发电系统中，并