[發(fā)明專利]一種三相雙模式逆變器的平滑切換控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410190221.X
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN103928946A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳燕東;羅安;王明玥;周樂明;黃媛;陳智勇;龍際根;周小平;匡慧敏
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 長沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 馬強

1.一種三相雙模式逆變器的平滑切換控制方法，適用于微電網(wǎng)雙模式逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，所述微電網(wǎng)雙模式逆變器并聯(lián)系統(tǒng)包括多個雙模式逆變器、并/離網(wǎng)開關(guān)、三相電網(wǎng)和逆變控制電路；所述雙模式逆變器包括直流儲能電容、三相逆變電路、逆變控制電路、LC濾波電路，所述直流儲能電容、三相逆變電路、LC濾波電路依次連接，所述LC濾波電路與線路阻抗連接，所述線路阻抗通過交流母線與并/離網(wǎng)開關(guān)連接，所述并/離網(wǎng)開關(guān)接入三相電網(wǎng)；所述逆變控制電路包括采樣調(diào)理電路、鎖相環(huán)電路、控制器、驅(qū)動保護電路；所述采樣調(diào)理電路輸入端與所述LC濾波電路連接；所述控制器與所述驅(qū)動保護電路輸入端、采樣調(diào)理電路輸出端、鎖相環(huán)電路輸出端連接；所述鎖相環(huán)電路輸入端與所述交流母線連接；其特征在于，該方法包括離網(wǎng)模式轉(zhuǎn)入并網(wǎng)模式平滑切換控制方法和并網(wǎng)模式轉(zhuǎn)入離網(wǎng)模式平滑切換控制方法：

所述離網(wǎng)模式轉(zhuǎn)入并網(wǎng)模式平滑切換控制方法包括以下步驟：

1)在每個采樣周期的起始點，對三相電網(wǎng)電壓u_sa、直流儲能電容電壓u_dc、LC濾波電路電容電壓u_oa、u_ob、u_oc，線路電流i_oa、i_ob、i_oc分別進行采樣，然后將采樣數(shù)據(jù)送給控制器處理，將LC濾波電路電容電壓u_oa、u_ob、u_oc，線路電流i_oa、i_ob、i_oc分別轉(zhuǎn)換為αβ坐標(biāo)下的LC濾波電路電容電壓u_oα、u_oβ和線路電流i_oα、i_oβ；

2)對LC濾波電路電容電壓u_oa、u_ob、u_oc與線路電流i_oa、i_ob、i_oc進行功率計算，得到雙模式逆變器的有功功率P和無功功率Q；由u_oa、u_ob計算出三相電網(wǎng)線電壓幅值

3)通過鎖相環(huán)檢測三相電網(wǎng)電壓u_sa的實時相位和三相電網(wǎng)電壓角頻率ω_o；將三相電網(wǎng)電壓實時相位與超前控制相位δ相加，得到雙模式逆變器輸出電壓參考相位δ＝δ₀±△δ，δ₀取值范圍為0.0001～0.15；△δ為相位補償參數(shù)，Δδ=arctanIo1X'+Is1X''Uo+Io1R'+Is1R''-arctanIo2X'+Is2X''Uo+Io2R'+Is2R'';]]>其中，I_o1、I_s1分別為功率變化后雙模式逆變器的輸出電流有效值和入網(wǎng)電流有效值，I_o2、I_s2為功率變化前雙模式逆變器的輸出電流有效值和入網(wǎng)電流有效值，R'、X'分別為雙模式逆變器到交流母線的線路阻抗和感抗，R、X分別為本地負(fù)載到交流母線的線路阻抗和感抗；

4)給定線路電流的參考峰值為I^*，得到在αβ坐標(biāo)下的線路電流參考值i_α^*、i_β^*：

其中，t為采樣時間；

5)對i_α^*與i_oα的差值進行比例調(diào)節(jié)P控制，得到輸出變量u_α^*；對i_β^*與i_oβ的差值進行比例調(diào)節(jié)P控制，得到輸出變量u_β^*；

6)引入?yún)⒖茧妷悍答伃h(huán)節(jié)k_V·u_oα、k_V·u_oβ，其中，k_V為電壓反饋系數(shù)，取值范圍為0.01～2，將k_V·u_oα與輸出變量u_α^*相加得到三相逆變電路功率器件控制量d′_α，將k_V·u_oβ與輸出變量u_β^*相加得到三相逆變電路功率器件控制量d′_β；

7)對d′_α、d′_β進行坐標(biāo)反變換，得到abc坐標(biāo)下的三相逆變電路功率器件控制量d_a′、d_b′、d_c′；

8)將SPWM調(diào)制波信號d_a′、d_b′、d_c′與三角載波進行雙極性調(diào)制，得到三相逆變電路功率器件的占空比信號，經(jīng)驅(qū)動保護電路，控制功率器件的開通與關(guān)斷。

9)當(dāng)i_oa、i_ob、i_oc某相電流過零時，將雙模式逆變器輸出電壓幅值參考值U^*、角頻率參考值ω^*、雙模式逆變器的有功功率P、無功功率Q、以及電壓參考相位送入功率下垂控制器中，合成αβ坐標(biāo)下雙模式逆變器輸出電壓參考值u_refα、u_refβ；其中，ω^*＝ω₀，U^*＝U_s^*；

10)引入軟啟動虛擬阻抗Z_V對雙模式逆變器輸出電壓參考值u_refα、u_refβ進行修正，即將輸出電壓參考值u_refα^*、u_refβ^*減去線路電流i_oα、i_oβ與軟啟動虛擬阻抗Z_V的乘積，得到LC濾波電容電壓參考值u_refα、u_refβ：

urefα=urefα*-ZVioαurefβ=urefβ*-ZVioβ;]]>

11)將LC濾波電容電壓參考值u_refα、u_refβ與LC濾波電路電容電壓u_oα、u_oβ、線路電流i_oα、i_oβ送入電壓電流雙環(huán)控制器，得到功率器件控制量d_α、d_β；將d_α、d_β進行坐標(biāo)變換，得到切換控制時abc坐標(biāo)下的功率器件控制量d_a、d_b、d_c；

12)SPWM調(diào)制波驅(qū)動功率器件的開通與關(guān)斷；

13)當(dāng)軟啟動虛擬阻抗自然衰減至零時，平滑切換完成，雙模式逆變器控制系統(tǒng)進入并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)；

所述并網(wǎng)模式轉(zhuǎn)入離網(wǎng)模式平滑切換控制方法包括以下步驟：

1)在每個采樣周期的起始點，對電網(wǎng)電壓u_sa，直流儲能電容電壓u_dc，LC濾波電路電容電壓u_oa、u_ob、u_oc，線路電流i_oa、i_ob、i_oc分別進行采樣，然后將采樣數(shù)據(jù)送給控制器處理，將LC濾波電路電容電壓u_oa、u_ob、u_oc，線路電流i_oa、i_ob、i_oc分別轉(zhuǎn)換為αβ坐標(biāo)下的LC濾波電路電容電壓u_oα、u_oβ和線路電流i_oα、i_oβ；

2)對LC濾波電路電容電壓u_oa、u_ob、u_oc與線路電流i_oa、i_ob、i_oc進行功率計算，得到雙模式逆變器的有功功率P和無功功率Q；

3)離網(wǎng)切換延時T_i計時開始，給定線路電流參考信號峰值I^*和參考頻率ω₀′，生成電流參考信號為：

4)對i_αr^*與i_oα的差值進行比例調(diào)節(jié)P控制，得到輸出變量u_αr^*；對i_βr^*與i_oβ的差值進行比例調(diào)節(jié)P控制，得到輸出變量u_βr^*；

5)引入?yún)⒖茧妷悍答伃h(huán)節(jié)k_V·u_oα、k_V·u_oβ，將k_V·u_oα與所述輸出量u_αr^*相加，得到三相逆變電路功率器件控制量d_α''，將k_V·u_oβ與所述輸出量u_βr^*相加，得到三相逆變電路功率器件控制量d_β''；

6)對d_α''、d_β''進行坐標(biāo)變換，得到切換控制時abc坐標(biāo)下的功率器件控制量d_aα'、d_bα'、d_cα'；

7)將d_aα'、d_bα'、d_cα'與三角載波進行雙極性調(diào)制，得到功率器件的占空比信號，經(jīng)驅(qū)動保護電路，控制功率器件的開通與關(guān)斷；

8)離網(wǎng)切換延時T_i時間到，記錄該時刻電壓參考相位T_i＝0.01～0.1s；

9)將雙模式逆變器輸出電壓幅值參考值U_r^*、角頻率參考值ω_r^*、有功功率P、無功功率Q、電壓參考相位送入功率下垂控制器中，合成αβ坐標(biāo)下輸出電壓參考值u_refα、u_refβ；其中，ω_r^*＝ω_o'，U_r^*為離網(wǎng)穩(wěn)態(tài)給定值；

10)進入離網(wǎng)穩(wěn)態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相雙模式逆變器的平滑切換控制方法，其特征在于，所述軟啟動虛擬阻抗Z_V為純感性，且所述軟啟動虛擬阻抗Z_V的終值為0，軟啟動虛擬阻抗計算公式為：

ZV=jω0LVe-t/Ts;]]>

其中，T_s為時間常數(shù)，取值范圍為0.00001～0.01s，L_V為軟啟動虛擬阻抗的初值；U_m和I_m分別為三相電網(wǎng)電壓u_sa和三相電網(wǎng)電流i_sa的幅值。