[發明專利]一種帶電壓補償的并網逆變器直接功率控制方法

在審

• 申請號: 201410438301.2
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104158222A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 余海濤;張笑薇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 黃成萍

技術領域

本發明屬于電網變換器控制技術，具體涉及一種帶電壓補償的并網逆變器直接功率控制方法。

背景技術

隨著光伏發電、風力發電、海浪發電等可再生資源的不斷應用，分布式發電系統成為近年來研究的重點，受到廣泛關注。并網逆變器作為可再生能源發電系統的關鍵組成部分，其控制性能直接影響并網電能質量和并網效率。

為了實現正弦逆變，直流母線電壓需在一個合理的水平上保持相對穩定。直流母線電壓太高對器件(母線電容，逆變開關管等)的耐壓性能要求就高，成本大大增加；直流母線電壓太低，可能導致SPWM調制比大于1，不能實現正弦逆變。對于并網型光伏逆變器，直流母線電壓的穩定有賴于直流源輸入電能和逆變輸出電能的平衡，要做到實際直流源輸入電能大于逆變輸出電能，則母線電壓升高，反之，則母線電壓降低。但是，要做到實際直流源輸入功率和交流輸出功率的完全平衡非常困難，這是因為：1、直流源輸入電流為周期性脈動直流電流，處理器采樣時刻不同，得到的電流也不同，依據該采樣電流計算得到的直流源輸入功率也不同；2、逆變器工作時，由于有多個功率電子器件，例如絕緣柵雙極型晶體管或金屬氧化物半導體場效應晶體管，工作在數千赫茲頻率以上，測量電路容易受到開關噪聲的干擾，直流源輸入電壓或電流信號的測量結果容易產生誤差；3、電路中功率開關器件會產生損耗，而且這種損耗并非定值，難以確定。所以，并網型光伏逆變器直流源輸入電能和逆變輸出電能實際上很難保證嚴格平衡，這種情況下，直流母線電壓就會有波動。在現有逆變器控制策略中，有學者提出利用逆變器橋臂電流間接控制其入網電流的方法，該方法改善了系統的穩定性，但不能保證入網電流波形品質。隨后，很多學者開始研究采用直接入網電流控制的雙閉環控制方法，外環采用入網電流閉環，內環分別采用電容電流反饋、電容電壓反饋、橋臂電流閉環等阻尼方案。上述雙閉環控制方案，通過內環抑制系統振蕩，提高系統穩定性；然而，各方案中內外環設計存在耦合，影響系統控制性能；且這些方案需要增加額外的傳感器，增加了系統硬件成本。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種帶電壓補償的并網逆變器直接功率控制方法，在不增加額外成本的前提下，減小母線電容電壓波動的幅度，提高電路的穩定性。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種帶電壓補償的并網逆變器直接功率控制方法，涉及的并網逆變器控制結構包括依次相連的直流電源、升壓電路、逆變橋、濾波器和電網，在升壓電路和逆變橋之間連接有母線電容，母線電容跨接在升壓的電路的兩個輸出端之間；其特征在于：該方法包括如下步驟：

(1)利用電流傳感器檢測網側電流i_L2，利用電壓傳感器檢測電網電動勢e_a,b,c，通過鎖相環PLL計算得到相角θ；

(2)基于網側電流i_L2和電網電動勢e_a,b,c，通過基于內膜的狀態觀測器得到觀察狀態量，包括：觀測橋臂電流觀測直流母線電壓和觀測橋臂電壓

(3)根據觀測橋臂電壓和觀測橋臂電流計算瞬時有功功率p和瞬時無功功率q；

(4)基于觀測直流母線電壓和直流母線電壓給定通過母線電壓補償得到有功功率給定p^*；

(5)對瞬時有功功率p和有功功率給定p^*作差得到有功功率誤差信號e_p＝p^*-p，對瞬時無功功率q和無功功率給定q^*作差得到無功功率誤差信號e_q＝q^*-q；

(6)通過PI調節器對有功功率誤差信號e_p和無功功率誤差信號e_q進行閉環處理，再經過dq/αβ變換并結合相角θ得到電壓控制信號和

(7)通過電壓控制信號和得到逆變橋的SVPWM的控制信號U_i。

具體的，所述步驟(2)中的基于內膜的狀態觀測器的工作過程包括如下步驟：

(21)選擇直流母線電壓U_dc、電網電動勢e_a,b,c和網側電流i_L2作為狀態量，將電網電動勢e_a,b,c和網側電流i_L2作為輸入量，利用式(1)得到并網逆變器系統離散狀態空間方程：