專利名稱：實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器單位功率因數(shù)進網(wǎng)電流和內(nèi)在反孤島方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的一種并網(wǎng)逆變器進網(wǎng)電流單位功率因數(shù)和內(nèi)反孤島的控制方法，屬
變換器的控制技術領域。
背景技術：
能源危機和環(huán)境惡化使得世界各國積極開發(fā)包括光伏、風能等可再生能源。利用 這些能源的分布式發(fā)電技術成為全球能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。新能源分布式 發(fā)電的一個研究熱點是逆變器并網(wǎng)控制技術。并網(wǎng)逆變器的控制方法可以分為電流型控制 和電壓型控制，目前中小功率單相并網(wǎng)逆變器一般采用電流型控制。電流控制的常用方法 有比例積分控制、滯環(huán)控制、無差拍控制和比例諧振控制等，所有這些控制方法都需要采用 鎖相技術為逆變器電流控制環(huán)提供跟蹤電網(wǎng)電壓的基準電流相位。由于逆變器電流環(huán)控制 器在考慮穩(wěn)定性下的參數(shù)設置存在相位滯后和進網(wǎng)濾波器相位衰減以及信號采樣和計算 延時等的影響，實際的進網(wǎng)電流與電流基準之間存在一定的基波相位差。相關國際標準，如 IEEE15471等，均要求進網(wǎng)功率因數(shù)大于0. 999 (即相位差小于2. 6度)，目前對這一問題的 解決方法主要是在數(shù)字芯片中調(diào)節(jié)逆變器電流環(huán)基準電流的相位，而這種調(diào)節(jié)方法屬于開 環(huán)調(diào)節(jié)，其精度不高，且受進網(wǎng)電流大小的影響明顯。因此需要找到一種能有效解決該問題 的方法。 另外，并網(wǎng)逆變器的反孤島措施是保證設備和電網(wǎng)工作人員安全的必要措施，在 現(xiàn)有的孤島檢測技術中多數(shù)是以犧牲進網(wǎng)電流質(zhì)量或損失進網(wǎng)功率等為代價的擾動方法， 且檢測盲區(qū)較大。 下垂控制方法源于電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機并網(wǎng)理論，可以實現(xiàn)控制參數(shù)，如電 壓或頻率，的實時調(diào)節(jié)。但目前該方法被較多的應用在直流變換器并聯(lián)和逆變器并聯(lián)控制 技術中，其在電流型控制并網(wǎng)逆變器中的應用還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述缺陷，提供一種將鎖相環(huán)技術和下垂控制方法相結(jié)合的 新型逆變器并網(wǎng)鎖相控制策略。通過實時檢測進網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的相位差進行下垂計算 從而調(diào)整進網(wǎng)電流基準的頻率來跟蹤電壓相位，實現(xiàn)進網(wǎng)電流的單位功率因數(shù)。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案 本發(fā)明實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器單位功率因數(shù)進網(wǎng)電流的方法，所述方法如下將進網(wǎng)電 流與電網(wǎng)電壓經(jīng)過相位差檢測得到相位差，將所述相位差經(jīng)過頻率下垂計算后得到基準電 流頻率，將所述基準電流頻率與基準電流幅值合成進網(wǎng)基準電流，將所述進網(wǎng)基準電流與 進網(wǎng)電流反饋相減產(chǎn)生電流差經(jīng)比例積分控制器輸出調(diào)節(jié)電壓，將所述調(diào)節(jié)電壓與電網(wǎng)電 壓前饋量相加得到調(diào)制波，將調(diào)制波經(jīng)放大電路后與電網(wǎng)電壓之差作用在進網(wǎng)濾波器上產(chǎn) 生進網(wǎng)電流。 實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器單位功率因數(shù)內(nèi)在反孤島方法，所述頻率下垂計算的頻率輸出量為實時計算進網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓的相位差并與下垂系數(shù)相乘得到頻率變化量，再用頻率下 垂算法的前次頻率輸出量減去該頻率變化量從而得到新的頻率下垂算法的輸出量；當并網(wǎng) 逆變器進入孤島狀態(tài)后，頻率下垂計算使得進網(wǎng)基準電流頻率正反饋加速了基準頻率的持 續(xù)減少或增加而使得逆變器發(fā)生欠頻或過頻，從而實現(xiàn)孤島保護。 本發(fā)明使得進網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的相位差為零，并可以實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的頻率漂 移正反饋的反孤島措施。


圖1是本發(fā)明控制方法的控制框圖和功率電路，(a)基于頻率下垂的進網(wǎng)電流相 位控制框圖；(b)單相全橋并網(wǎng)逆變器主電路； 圖2是傳統(tǒng)進網(wǎng)電流相位控制方式下進網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓相位差與電路參數(shù)和 控制器參數(shù)的關系曲線，(a)相位差隨電感變化曲線；(b)相位差隨比例系數(shù)變化曲線；(C) 相位差隨電流環(huán)積分系數(shù)變化曲線； 圖3是本發(fā)明的進網(wǎng)電流相位控制策略與傳統(tǒng)相位控制策略的對比，(a)采用傳 統(tǒng)鎖相方法時入網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓波形；(b)本發(fā)明下電網(wǎng)電壓與進網(wǎng)電流波形；
圖4是本發(fā)明的頻率下垂控制方法在孤島狀態(tài)的運行波形圖，^時刻電網(wǎng)掉電，并 網(wǎng)逆變器進入孤島運行狀態(tài)，t2時刻檢測出欠頻，完成孤島檢測保護。 上述附圖的主要符號及標號名稱UD——逆變器輸入電壓A S4——功率開關 管；Ug——電網(wǎng)電壓；1^丄2——進網(wǎng)濾波電感；i?！M網(wǎng)電流；11。——逆變器輸出電壓(濾 波電感外側(cè)電網(wǎng)端)；9 一一進網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的相位差；"——進網(wǎng)電流基準角頻率； I。*——進網(wǎng)基準電流幅值；i。*——進網(wǎng)基準電流；Kp——比例放大系數(shù)&——積分系數(shù)； KPWM~逆變橋放大倍數(shù)；KN——電網(wǎng)電壓前饋放大系數(shù)；llinv——逆變橋中點輸出電壓； 化——濾波電感電壓。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術方案進行詳細說明 附圖1描述了本發(fā)明的相位控制框圖和實施的主電路，由相位差檢測、頻率下垂 計算、基準電流生成、電網(wǎng)電壓前饋和比例積分控制器組成。 進網(wǎng)基準電流i。從鎖相環(huán)PLL獲得相位基準。 如式(1)所示。
0 =
Kf耐^ S + Kp瞎A
to
在&= 1/K^時，其閉環(huán)傳遞函數(shù)
(1)
進網(wǎng)基波電流與基準電流的相位差為
w "層、
P駆
AS^匿A:,十尺尸,夂
(2) 從(2)式可以看出，影響相位差的參數(shù)有3個
電網(wǎng)電壓相位差與電路參數(shù)和控制器參數(shù)的關系曲線。
感值的變化曲線，可以看出，隨著濾波電感感值的增加，相位差逐漸增加；附圖2(b)給出了
L， kp和ki，附圖2是為進網(wǎng)電流與 附圖2(a)給出了相位差隨濾波電相位差隨電流環(huán)比例系數(shù)變化時的曲線，可以看出，隨比例系數(shù)的增加，相位差先增加后減 ??；附圖2(c)中，相位差隨積分系數(shù)的增加而減小。為了保證較為純凈的進網(wǎng)電流，濾波電 感感值不能太??；在一定電流跟蹤精度的前提下又需要保證系統(tǒng)穩(wěn)定，電流環(huán)的比例系數(shù) 和積分系數(shù)不宜取太大。因此，從理論上來講，不附加額外的相位補償裝置，進網(wǎng)電流與電 網(wǎng)電壓的相位差不可避免，如果再考慮電網(wǎng)電壓相位檢測環(huán)節(jié)的延時，相位差就相當可觀 了。 本發(fā)明基于下垂特性軟件鎖相環(huán)的并網(wǎng)逆變器控制策略中的鎖相環(huán)為具有下垂 特征的鎖相環(huán)，其輸出頻率受并網(wǎng)逆變器進網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的相位差控制。每個工頻周 期得到進網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的相位的差值e ，同時檢測出電網(wǎng)角頻率"。，逆變器下一周期 基準電流的頻率由式(3)確定。
co (k) = " (k-l)-ku 9 (3) 如果檢測出電網(wǎng)電壓相位超前，S卩e為負值，通過下垂計算公式，得到下一周期
的基準電流的頻率大于電網(wǎng)電壓的頻率，那么在下一個周期的時間內(nèi)，它們之間的相位差
就會縮小，經(jīng)過若干個工頻周期，最終它們之間的相位差等于o;同理可以說明e為正值時 的情況。 本發(fā)明的一個具體實例如下輸入電壓U。 = 400V、電網(wǎng)電壓U^d = 240VRMS、電網(wǎng) 頻率fgw = 50Hz、額定功率PN = lkW ;濾波電感k = L2 = 5mH ;開關頻率f = 10kHz ;KP = 1;Ki = 1000 ;K。 =50。附圖3 4為該實例的具體波形圖，其中，附圖3是本發(fā)明的進網(wǎng) 電流與電網(wǎng)電壓相位差與傳統(tǒng)控制方式下進網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓相位差的對比；附圖4是本 發(fā)明在孤島狀態(tài)的運行波形圖。
權利要求
一種實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器單位功率因數(shù)進網(wǎng)電流的方法，其特征在于所述方法如下將進網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓經(jīng)過相位差檢測得到相位差，將所述相位差經(jīng)過頻率下垂計算后得到基準電流頻率，將所述基準電流頻率與基準電流幅值合成進網(wǎng)基準電流，將所述進網(wǎng)基準電流與進網(wǎng)電流反饋相減產(chǎn)生電流差經(jīng)比例積分控制器輸出調(diào)節(jié)電壓，將所述調(diào)節(jié)電壓與電網(wǎng)電壓前饋量相加得到調(diào)制波，將調(diào)制波經(jīng)放大電路后與電網(wǎng)電壓之差作用在進網(wǎng)濾波器上產(chǎn)生進網(wǎng)電流。
2. —種實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器單位功率因數(shù)內(nèi)在反孤島方法，其特征在于所述頻率下垂計算 的頻率輸出量為實時計算進網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓的相位差并與下垂系數(shù)相乘得到頻率變化 量，再用頻率下垂算法的前次頻率輸出量減去該頻率變化量從而得到新的頻率下垂算法的 輸出量；當并網(wǎng)逆變器進入孤島狀態(tài)后，頻率下垂計算使得進網(wǎng)基準電流頻率正反饋加速 了基準頻率的持續(xù)減少或增加而使得逆變器發(fā)生欠頻或過頻，從而實現(xiàn)孤島保護。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器單位功率因數(shù)進網(wǎng)電流和內(nèi)在反孤島方法，屬變換器的控制技術。其組成包括相位差檢測、頻率下垂計算、基準電流生成、電網(wǎng)電壓前饋和比例積分控制器。頻率下垂算法為實時計算進網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓的相位差并與下垂系數(shù)相乘得到頻率變化量，再用頻率下垂算法的前次頻率輸出量減去該頻率變化量從而得到新的頻率下垂算法的輸出量。本發(fā)明實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器進網(wǎng)電流的相位控制，實現(xiàn)單位功率因數(shù)的進網(wǎng)電流，同時可以內(nèi)在的實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的頻率漂移正反饋的反孤島措施。是一種簡單有效的實現(xiàn)方式。
文檔編號H02J3/38GK101741101SQ20101010090
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權日2010年1月22日
發(fā)明者羅運虎, 肖華鋒, 謝少軍, 闞加榮 申請人:南京航空航天大學