并網(wǎng)逆變器控制策略研究

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1、并網(wǎng)逆變器控制策略研究姜帥(山東理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，山東淄博255091)摘要：并網(wǎng)逆變器的控制策略是實現(xiàn)有效并網(wǎng)的關(guān)鍵。本文介紹了基本的調(diào)制技術(shù)與電壓相位檢測技術(shù),為后續(xù)控制策略的展開打下了基礎(chǔ)。接下來,對目前主流的幾種內(nèi)環(huán)控制策略進(jìn)行了分析,并選擇基于網(wǎng)側(cè)電壓定向的直接電流控制策略進(jìn)行了設(shè)計。關(guān)鍵詞：并網(wǎng)逆變器控制策略調(diào)制檢測技術(shù)內(nèi)環(huán)控制中圖分類號：TK81文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A在三相并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)中,并網(wǎng)的電流必須是與電網(wǎng)電壓同頻同相的正弦波電流,另外直流側(cè)母線電壓的穩(wěn)定也非常重要。并網(wǎng)逆

2、變器的控制通常采用雙閉環(huán)的控制方案。外環(huán)采用直流母線電壓環(huán),以控制母線電壓的穩(wěn)定；內(nèi)環(huán)常采用的有兩種控制方案,一種是電流內(nèi)環(huán)閉環(huán),另外一種是采用直接功率控制,內(nèi)環(huán)的作用主要是跟蹤外環(huán)輸出的指令信號,如實現(xiàn)電流的正弦控制或者系統(tǒng)的有功功率無功功率的控制。內(nèi)環(huán)控制動態(tài)性能的好壞對外環(huán)有著直接影響,因此控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)設(shè)計非常關(guān)鍵。內(nèi)環(huán)采用的兩種主要控制方案中,電流內(nèi)環(huán)控制技術(shù)又分為間接電流控制和直接電流控制。間接電流控制不需要采取電流信號,控制結(jié)構(gòu)相對簡單,但是對系統(tǒng)的參數(shù)很敏感,不利于濾波參數(shù)的設(shè)計,系

3、統(tǒng)的動態(tài)性能較差,此種控制方式主要用在動態(tài)響應(yīng)要求不高的場合。直接電流控制以實際電流采樣作為反饋量,系統(tǒng)的動態(tài)性能很高,便于系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計,但是控制算法相對復(fù)雜。內(nèi)環(huán)的另外一種控制方案是采用直接功率控制,系統(tǒng)的有功和無功實現(xiàn)了解耦控制,由瞬時無功功率理論,系統(tǒng)的有功分量和無功分量可以在兩相靜態(tài)坐標(biāo)系下得到,也使坐標(biāo)變換得以簡化,系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)快。除了上面兩種內(nèi)環(huán)控制方案外,基于虛擬磁鏈的內(nèi)環(huán)控制技術(shù)也得到廣泛關(guān)注。將并網(wǎng)逆變器的網(wǎng)側(cè)看作一臺虛擬電機,虛擬電機的定子電感和定阻對應(yīng)網(wǎng)側(cè)電感及等效電阻。虛

4、擬磁鏈對應(yīng)網(wǎng)側(cè)電壓的積分。虛擬磁鏈的控制方案不需要采取網(wǎng)側(cè)電壓,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化,提高了系統(tǒng)因網(wǎng)側(cè)電壓畸變引起的擾動,不過控制算法相對繁雜。1PWM調(diào)制技術(shù)及電壓相位檢測介紹1.1PWM調(diào)制技術(shù)PWM控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用在變頻調(diào)速和各種需要變流場合,其在逆變電路中的應(yīng)用最廣,也正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用,才確定了PWM技術(shù)在電力電子技術(shù)中的重要地位。本節(jié)著重介紹一下幾種主要的調(diào)制技術(shù)。PWM（PulseWidthmodulation）調(diào)制技術(shù)被廣泛應(yīng)用在逆變器場合。主要的電壓型PWM逆變器有正弦波PW

5、M逆變器、提高直流電壓利用率PWM型逆變器、消除特定諧波PWM逆變器、優(yōu)化同步式PWM逆變器、跟蹤型PWM逆變器、Delta逆變器。逆變器常用PWM的調(diào)制技術(shù)有SPWM、SHEPWM、CHBPWM、SVPWM。PWM（PulseWidthmodulation）稱正弦波脈寬調(diào)制。其調(diào)制思想是以正弦波作為逆變器輸出的期望波形,載波是比調(diào)制波高很多的等腰三角波,調(diào)制波用頻率和期望波相同的正弦波,根據(jù)調(diào)制波與載波的交點來確定開關(guān)器件的能斷,進(jìn)而得到一系列等幅不等寬的矩形波,依據(jù)面積等效原則,這一系列矩形波就

6、和期望的正弦波等效。通過軟件方法生成的SPWM波主要有兩種基本算法,即自然采樣法和規(guī)則采樣法。自然采樣法所得到的SPWM波最接近正弦波,其是以正弦波為調(diào)制波,以等腰三角波為載波進(jìn)行比較,在兩個波形的自然交點時刻控制開關(guān)器件的通斷。但是由于三角波與正弦波交點有任意性,脈沖中心在一個周期內(nèi)不等距,脈寬表達(dá)式計算繁瑣,難以實時控制。規(guī)則采樣法是一種較實用的工程應(yīng)用方法。其原理是用三角波采樣得到的階梯波與三角波交點時刻控制開關(guān)器件通斷。該法的優(yōu)點是計算簡單,但是其直流電壓利用率低,線性控制范圍比較小。SHE

7、PWM（SelectedHarmonicsElimination）稱消除指定次諧波的PWM調(diào)制方式。目的是消去PWM波形中某些主要的低次諧波,其原理是對輸出的電壓波形按傅里葉級數(shù)展開,將K次諧波相電壓幅值表示為：（1）首先確定基波分量的值,然后再令要選擇的幾個低次諧波為零,建立方程組,求出對應(yīng)的，這樣就可以消去指定的幾個頻率的諧波,但此方法計算比較復(fù)雜,而且消除特定諧波的同時可能引入高次諧波。CHBPWM（CurrentHysteresisBandPWM）稱電流滯環(huán)跟蹤PWM。其原理是將每相電流反饋

8、回來的電流與電流給定值時經(jīng)滯環(huán)比較器,得到相應(yīng)橋臂開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài),從而使電流能按指令電流進(jìn)行變化。此方法動態(tài)性能好,但開關(guān)頻率是一個變量,而且和滯環(huán)的寬度、直流側(cè)電壓及電感值相關(guān),會造成較為嚴(yán)重的噪音。SVPWM（SpaceVectorPWM）稱電壓空間矢量PWM,又稱磁通正弦PWM波。其原理是以三相波形整體生成效果為前提,以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的。用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通,由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān)器件的通斷