[發(fā)明專利]單相雙向變流器控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610225859.1
• 申請(qǐng)日: 2016-04-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105871242B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張昌華;羅曼;蔣晨;王鵬;楊文龍;陳昕;吳云峰;廖永波;陳樹(shù)恒;劉群英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/797
• 分類號(hào): H02M7/797
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙)51220
• 代理人: 溫利平,陳靚靚

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于變流器技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種單相雙向變流器控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的快速發(fā)展，社會(huì)用電量需求的不斷增加，煤炭、石油等常規(guī)能源的逐漸枯竭，以及大量傳統(tǒng)化石燃料的消耗而引起的環(huán)境問(wèn)題，世界各國(guó)學(xué)者逐漸意識(shí)到有必要發(fā)展新的能源供電方式——分布式發(fā)電。分布式發(fā)電技術(shù)能充分利用多種可再生能源，不僅可以緩解人類所面臨的日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)。然而，風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能等新能源發(fā)電系統(tǒng)具有顯著的間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，導(dǎo)致發(fā)電功率出現(xiàn)很大的波動(dòng)，因而引入直流儲(chǔ)能單元可以對(duì)這種功率的波動(dòng)進(jìn)行很好的補(bǔ)充。

單相的電力系統(tǒng)是配電網(wǎng)中可再生能源利用的一種重要形式，單相雙向變流器可以實(shí)現(xiàn)直流儲(chǔ)能單元與交流電網(wǎng)之間的雙向能量傳遞，可以將富余的電能轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)能單元，在電網(wǎng)供電不足時(shí)回饋給電網(wǎng)，從而有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷，同時(shí)維持電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定。單相雙向變流器需要配置控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)其逆變和整流兩種功能。圖1是單相雙向變流器控制系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應(yīng)用示意圖。如圖1所示，單相雙向變流器控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)單相雙向變流器交流側(cè)的運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)生成PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)的控制信號(hào)，由PWM信號(hào)發(fā)生器生成PWM波，然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制變流器的各個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷。

單相逆變器控制系統(tǒng)可以控制單相逆變器的輸出功率、機(jī)端電壓、輸出電流以及電網(wǎng)頻率具有某種特性。一般而言，主要有：恒功率控制、恒壓恒頻控制、下垂控制等。

恒功率控制是利用單相逆變器的輸出電壓電流計(jì)算出有功功率和無(wú)功功率，分別與給定的有功功率和無(wú)功功率參考值進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差輸入PI(Proportional Integral，比例積分)控制器，從而產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)參考電流，輸入電流環(huán)控制，其輸出信號(hào)作為調(diào)制波，經(jīng)過(guò)三角載波調(diào)制產(chǎn)生SPWM波來(lái)控制單相逆變器開(kāi)關(guān)管的通斷，通過(guò)電流內(nèi)環(huán)和功率外環(huán)的雙閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)單相逆變器恒定輸出功率的控制。

恒壓恒頻控制在恒功率控制的外環(huán)做了一定改動(dòng)，引入了一個(gè)控制器用于產(chǎn)生有功功率和無(wú)功功率參考值。該控制器將采樣回來(lái)的頻率與參考頻率進(jìn)行比較之后，送入PI控制器，得到有功功率參考值；將采樣回來(lái)的交流側(cè)電壓有效值與參考交流側(cè)電壓有效值進(jìn)行比較之后，送入PI控制器，得到無(wú)功功率參考值。后續(xù)控制與恒功率控制一致。

下垂控制是模擬同步發(fā)電機(jī)的功頻特性的一種控制方法，將系統(tǒng)頻率和逆變器機(jī)端電壓幅值測(cè)量回來(lái)，分別與系統(tǒng)額定頻率和額定電壓幅值作差之后，利用有功功率、無(wú)功功率與系統(tǒng)頻率、機(jī)端電壓幅值的下垂特性來(lái)控制該差值，從而控制輸出的有功功率和無(wú)功功率。特別地，下垂控制與逆變器輸出阻抗相關(guān)，阻性、感性、容性輸出阻抗的下垂方程式不同，需要根據(jù)不同的輸出阻抗采用相應(yīng)的下垂控制算法。

對(duì)于整流器控制而言，目前PWM整流器是其中較常用的一類。PWM整流器的控制目標(biāo)是輸出穩(wěn)定的直流母線電壓、獲得單位功率因素和保證輸入交流電流諧波含量小。一般而言，可以有以下兩種控制方法：直接電流控制、間接電流控制。

直接電流控制是通過(guò)運(yùn)算計(jì)算出交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，通過(guò)對(duì)交流電流的直接控制而使其跟蹤指令電流值。直接電流控制中有不同的電流跟蹤控制方法，其中最常見(jiàn)的是電流滯環(huán)比較控制。電流滯環(huán)比較控制系統(tǒng)是一個(gè)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，由電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)組成。電壓外環(huán)是將直流電壓設(shè)定值與采樣回來(lái)的直流電壓值比較后，送入PI調(diào)節(jié)器。PI調(diào)節(jié)器的輸出與交流電壓同相位的正弦信號(hào)相乘之后，得到指令電流。再將單相逆變器的實(shí)際并網(wǎng)電流與指令電流進(jìn)行比較，二者的偏差作為滯環(huán)比較器的輸入，通過(guò)滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制整流器開(kāi)關(guān)管通斷的PWM信號(hào)。滯環(huán)控制的基本原理是通過(guò)設(shè)定滯環(huán)比較器的上下限，使得整流器的輸出電流準(zhǔn)確跟蹤參考電流。

間接電流控制也稱為相位和幅值控制，該方法是將直流電壓設(shè)定值與采樣回來(lái)的直流電壓值比較后，送入PI調(diào)節(jié)器。PI調(diào)節(jié)器的輸出i_d與交流電壓同相位的正弦信號(hào)相乘之后，再乘以電阻R，得到電流在R上的壓降u_R；乘以比交流電壓相位超前90°的余弦信號(hào)，再乘以電感L，得到電流在L上的壓降；用交流電壓信號(hào)減去和之后，用該信號(hào)產(chǎn)生控制整流器開(kāi)關(guān)管通斷的PWM信號(hào)。這種控制方式穩(wěn)定性較差，且電流響應(yīng)速度相對(duì)較慢，易受外界參數(shù)變化的影響，應(yīng)用較少。