一種三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)及方法,該系統(tǒng)包括基于三相四橋臂逆變電路、且采用雙極性三角載波信號作為公共輸入信號的a相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路、b相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路、c相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路和中點(diǎn)橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路。本發(fā)明所述三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)及方法,可以克服現(xiàn)有技術(shù)中計算過程繁瑣和控制效果差等缺陷,以實(shí)現(xiàn)計算過程簡潔和控制效果好的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】,具體地,涉及一種三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能取之不盡、用之不竭,而隨著工業(yè)化的不斷進(jìn)步,化石能源正逐步減少,因此如何更好地利用太陽能是擺在人們面前的重要課題。光伏發(fā)電作為太陽能利用的熱點(diǎn)技術(shù)之一,受到各國政府的重視。光伏發(fā)電具有分布式特點(diǎn),就地發(fā)電、就地使用是最經(jīng)濟(jì)的供電形式,因此微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它要求逆變電路需具有并網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行能力,對于大功率離網(wǎng)運(yùn)行逆變電路而言,大多采用三相逆變電路,三相系統(tǒng)負(fù)載時常存在不對稱情況,因此如何控制三相負(fù)載電壓的正弦度和對稱度是難點(diǎn)。
[0003]三相四橋臂逆變電路是全橋合成式三相逆變電路的典型結(jié)構(gòu)形式,其結(jié)構(gòu)形式可簡單等效為三個共用一個橋臂的單相全橋逆變器并聯(lián)。它將三相輸出電壓中點(diǎn)通過中線電感連接到第四個橋臂的輸出端,具有開關(guān)損耗小,可以接非線性及不平衡負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]但是,實(shí)現(xiàn)相間解耦是三相四橋臂逆變電路控制的關(guān)鍵,基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的比例積分(PI)控制并不能完全消除輸出電壓的負(fù)序、零序分量;基于三相靜止坐標(biāo)系的比例諧振(PR)控制需要多個復(fù)雜的諧波諧振控制器疊加才能改善輸出電壓波形;對于三維空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)的控制方法,其開關(guān)矢量由原來的8個變?yōu)?6個,控制計算較為繁瑣;對于諧波注入的PWM調(diào)制方式,在非線性負(fù)載時控制效果不太理想。
[0005]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中,發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在計算過程繁瑣和控制效果差等缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于,針對上述問題,提出一種三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)計算過程簡潔和控制效果好的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的第二目的在于,提出一種與以上所述的三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)相匹配的三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制方法。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng),包括基于三相四橋臂逆變電路、且采用雙極性三角載波信號作為公共輸入信號的a相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路、b相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路、c相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路和中點(diǎn)橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路。
[0009]進(jìn)一步地,所述a相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路,包括a相參考負(fù)載電壓Uan*與a相負(fù)載電壓檢測信號Uan的第一誤差比較器,基波準(zhǔn)比例諧振控制器的輸出信號、重復(fù)控制器的輸出信號和第一純比例控制器(a)的輸出信號的疊加器,并聯(lián)在第一誤差比較器的輸出端和疊加器的輸入端之間的基波準(zhǔn)比例諧振控制器、重復(fù)控制器和第一純比例控制器(a),a相參考濾波電容電流ica*與a相濾波電容電流檢測信號ica的第二誤差比較器,第二純比例調(diào)節(jié)器(I)和比較器;
[0010]所述第二誤差比較器的輸出端與第二純比例調(diào)節(jié)器(I)的輸入端連接;第二純比例調(diào)節(jié)器(I)的輸出端與比較器的同相輸入端連接,雙極性三角載波信號作為比較器的反相輸入端的輸入信號,比較器的輸出信號作為a相橋臂上功率開關(guān)管SI的驅(qū)動信號,比較器的輸出信號經(jīng)反相及死區(qū)時間處理后作為a相橋臂下功率開關(guān)管S2的驅(qū)動信號。
[0011 ] 進(jìn)一步地,所述b相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路,包括b相參考負(fù)載電壓Ubn*與b相負(fù)載電壓檢測信號Ubn的第一誤差比較器,基波準(zhǔn)比例諧振控制器的輸出信號、重復(fù)控制器的輸出信號和第一純比例控制器(b)的輸出信號的疊加器,并聯(lián)在第一誤差比較器的輸出端和疊加器的輸入端之間的基波準(zhǔn)比例諧振控制器、重復(fù)控制器和第一純比例控制器(b),b相參考濾波電容電流icb*與b相濾波電容電流檢測信號icb的第二誤差比較器,第二純比例調(diào)節(jié)器(2)和比較器;
[0012]所述第二誤差比較器(2)的輸出端與第二純比例調(diào)節(jié)器的輸入端連接;第二純比例調(diào)節(jié)器(2)的輸出端與比較器的同相輸入端連接,雙極性三角載波信號作為比較器的反相輸入端的輸入信號,比較器的輸出信號作為b相橋臂上功率開關(guān)管S3的驅(qū)動信號,比較器的輸出信號經(jīng)反相及死區(qū)時間處理后作為b相橋臂下功率開關(guān)管S4的驅(qū)動信號。
[0013]進(jìn)一步地,所述C相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路,包括c相參考負(fù)載電壓Ucn*與c相負(fù)載電壓檢測信號Ucn的第一誤差比較器,基波準(zhǔn)比例諧振控制器的輸出信號、重復(fù)控制器的輸出信號和第一純比例控制器(c)的輸出信號的疊加器,并聯(lián)在第一誤差比較器的輸出端和疊加器的輸入端之間的基波準(zhǔn)比例諧振控制器、重復(fù)控制器和第一純比例控制器(C),c相參考濾波電容電流icc*與c相濾波電容電流檢測信號icc的第二誤差比較器,第二純比例調(diào)節(jié)器(3)和比較器;
[0014]所述第二誤差比較器的輸出端與第二純比例調(diào)節(jié)器(3)的輸入端連接;第二純比例調(diào)節(jié)器(3)的輸出端與比較器的同相輸入端連接,雙極性三角載波信號作為比較器的反相輸入端的輸入信號,比較器的輸出信號作為c相橋臂上功率開關(guān)管S5的驅(qū)動信號,比較器的輸出信號經(jīng)反相及死區(qū)時間處理后作為c相橋臂下功率開關(guān)管S6的驅(qū)動信號。
[0015]進(jìn)一步地,所述中點(diǎn)橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路,包括比較器;
[0016]參考值O作為所述比較器的同相輸入端的輸入信號,雙極性三角載波信號作為所述比較器的反相輸入端的輸入信號,所述比較器的輸出信號作為中點(diǎn)橋臂上功率開關(guān)管S7的驅(qū)動信號,比較器的輸出信號經(jīng)反相及死區(qū)時間處理后作為c相橋臂下功率開關(guān)管S8的驅(qū)動信號。
[0017]進(jìn)一步地,所述基波準(zhǔn)比例諧振控制器只進(jìn)行基波頻率的電壓波形控制,其數(shù)字化控制器傳遞函數(shù)如式(1),采用雙線性變換法進(jìn)行離散化,它的差分方程如式(2),利用式(2)進(jìn)行數(shù)字化編程來實(shí)現(xiàn)電壓波形控制:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng),其特征在于,包括基于三相四橋臂逆變電路、且采用雙極性三角載波信號作為公共輸入信號的a相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路、b相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路、c相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路和中點(diǎn)橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路; 所述a相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路,包括a相參考負(fù)載電壓Uan*與a相負(fù)載電壓檢測信號Uan的第一誤差比較器,基波準(zhǔn)比例諧振控制器的輸出信號、重復(fù)控制器的輸出信號和第一純比例控制器(a)的輸出信號的疊加器,并聯(lián)在第一誤差比較器的輸出端和疊加器的輸入端之間的基波準(zhǔn)比例諧振控制器、重復(fù)控制器和第一純比例控制器(a),a相參考濾波電容電流ica*與a相濾波電容電流檢測信號ica的第二誤差比較器,第二純比例調(diào)節(jié)器(1)和比較器; 所述第二誤差比較器的輸出端與第二純比例調(diào)節(jié)器(I)的輸入端連接;第二純比例調(diào)節(jié)器(I)的輸出端與比較器的同相輸入端連接,雙極性三角載波信號作為比較器的反相輸入端的輸入信號,比較器的輸出信號作為a相橋臂上功率開關(guān)管SI的驅(qū)動信號,比較器的輸出信號經(jīng)反相及死區(qū)時間處理后作為a相橋臂下功率開關(guān)管S2的驅(qū)動信號; 所述b相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路,包括b相參考負(fù)載電壓Ubn*與b相負(fù)載電壓檢測信號Ubn的第一誤差比較器,基波準(zhǔn)比例諧振控制器的輸出信號、重復(fù)控制器的輸出信號和第一純比例控制器(b)的輸出信號的疊加器,并聯(lián)在第一誤差比較器的輸出端和疊加器的輸入端之間的基波準(zhǔn)比例諧振控制器、重復(fù)控制器和第一純比例控制器(b),b相參考濾波電容電流icb*與b相濾波電容電流檢測信號icb的第二誤差比較器,第二純比例調(diào)節(jié)器(2)和比較器; 所述第二誤差比較器(2)的輸出端與第二純比例調(diào)節(jié)器的輸入端連接;第二純比例調(diào)節(jié)器(2)的輸出端與比較器的同相輸入端連接,雙極性三角載波信號作為比較器的反相輸入端的輸入信號,比較器的輸出信號作為b相橋臂上功率開關(guān)管S3的驅(qū)動信號,比較器的輸出信號經(jīng)反相及死區(qū)時間處理后作為b相橋臂下功率開關(guān)管S4的驅(qū)動信號; 所述c相橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路,包括c相參考負(fù)載電壓Ucn*與c相負(fù)載電壓檢測信號Ucn的第一誤差比較器,基波準(zhǔn)比例諧振控制器的輸出信號、重復(fù)控制器的輸出信號和第一純比例控制器(C)的輸出信號的疊加器,并聯(lián)在第一誤差比較器的輸出端和疊加器的輸入端之間的基波準(zhǔn)比例諧振控制器、重復(fù)控制器和第一純比例控制器(C),C相參考濾波電容電流ice*與C相濾波電容電流檢測信號icc的第二誤差比較器,第二純比例調(diào)節(jié)器(3)和比較器; 所述第二誤差比較器的輸出端與第二純比例調(diào)節(jié)器(3)的輸入端連接;第二純比例調(diào)節(jié)器(3)的輸出端與比較器的同相輸入端連接,雙極性三角載波信號作為比較器的反相輸入端的輸入信號,比較器的輸出信號作為c相橋臂上功率開關(guān)管S5的驅(qū)動信號,比較器的輸出信號經(jīng)反相及死區(qū)時間處理后作為c相橋臂下功率開關(guān)管S6的驅(qū)動信號; 所述中點(diǎn)橋臂離網(wǎng)運(yùn)行控制支路,包括比較器; 參考值O作為所述比較器的同相輸入端的輸入信號,雙極性三角載波信號作為所述比較器的反相輸入端的輸入信號,所述比較器的輸出信號作為中點(diǎn)橋臂上功率開關(guān)管S7的驅(qū)動信號,比較器的輸出信號經(jīng)反相及死區(qū)時間處理后作為c相橋臂下功率開關(guān)管S8的驅(qū)動信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制方法,其特征在于,所述基波準(zhǔn)比例諧振控制器只進(jìn)行基波頻率的電壓波形控制,其數(shù)字化控制器傳遞函數(shù)如式(1),采用雙線性變換法進(jìn)行離散化,它的差分方程如式(2),利用式(2)進(jìn)行數(shù)字化編程來實(shí)現(xiàn)電壓波形控制:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制方法,其特征在于,所述重復(fù)控制器對電源基頻電壓進(jìn)行整形以及對高次諧波電壓進(jìn)行抑制,它的離散化傳遞函數(shù)如式(3),它的差分方程為式(4):
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制方法,其特征在于,a相的第一純比例控制器(a)、b相的第一純比例控制器(b)和c相的第一純比例控制器(C)為相同的比例控制器,它的離散化方程如式(5):式中,Kp為比例系數(shù),取值范圍為I~100:
w(n) =Kpe (η) (5); a相的第二純比例控制器(I)、b相的純比例控制器(2)和c相的純比例控制器(3)為相同的比例控制器,它的離散化方程也如式(5);式中,Kp的取值范圍為0.1~50。
5.一種與權(quán)利要求1-4中任一項所述的三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)相匹配的三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制方法,其特征在于,包括: 基于三相四橋臂逆變電路、且采用雙極性三角載波信號作為公共輸入信號,分別對a相橋臂、b相橋臂、c相橋臂和中點(diǎn)橋臂進(jìn)行離網(wǎng)運(yùn)行控制; 所述對a相橋臂進(jìn)行離網(wǎng)運(yùn)行控制的操作,具體包括: a相參考負(fù)載電壓Uan*與a相負(fù)載電壓檢測信號Uan的誤差,作為準(zhǔn)比例諧振控制、重復(fù)控制和第一純比例控制(a)的公共輸入信號; 將準(zhǔn)比例諧振控制、重復(fù)控制和第一純比例控制(a)三者的輸出信號疊加,作為a相參考濾波電容電流ica* ;ica*與a相濾波電容電流檢測信號ica的誤差,作為第二純比例控制(1)的輸入信號; 第二純比例控制(1)的輸出信號與雙極性三角載波信號通過比較器進(jìn)行比較,得出a相橋臂上功率開關(guān)管S1的驅(qū)動信號;對a相橋臂上功率開關(guān)管S1驅(qū)動信號進(jìn)行反相及死區(qū)時間處理,得到a相橋臂下功率開關(guān)管S2的驅(qū)動信號; 所述對b相橋臂進(jìn)行離網(wǎng)運(yùn)行控制的操作,具體包括: b相參考負(fù)載電壓Ubn*與b相負(fù)載電壓檢測信號Ubn的誤差,作為準(zhǔn)比例諧振控制、重復(fù)控制和第一純比例控制(b)的公共輸入信號; 將準(zhǔn)比例諧振控制、重復(fù)控制和第一純比例控制(b)三者的輸出信號疊加,作為a相參考濾波電容電流icb* ;icb*與b相濾波電容電流檢測信號icb的誤差,作為第二純比例控制(2)的輸入信號; 第二純比例控制(2)的輸出信號與雙極性三角載波信號通過比較器進(jìn)行比較,得出b相橋臂上功率開關(guān)管S3的驅(qū)動信號;對b相橋臂上功率開關(guān)管S3驅(qū)動信號進(jìn)行反相及死區(qū)時間處理,得到b相橋臂下功率開關(guān)管S4的驅(qū)動信號; 所述對c相橋臂進(jìn)行離網(wǎng)運(yùn)行控制的操作,具體包括: c相參考負(fù)載電壓Ucn*與c相負(fù)載電壓檢測信號Ucn的誤差,作為準(zhǔn)比例諧振控制、重復(fù)控制和第一純比例控制(C)的公共輸入信號; 將準(zhǔn)比例諧振控制、重復(fù)控制和第一純比例控制(C)三者的輸出信號疊加,作為a相參考濾波電容電流icc* ;icc*與c相濾波電容電流檢測信號icc的誤差,作為第二純比例控制(3)的輸入信號; 第二純比例控制(3)的輸出信號與雙極性三角載波信號通過比較器進(jìn)行比較,得出c相橋臂上功率開關(guān)管S5的驅(qū)動信號;對c相橋臂上功率開關(guān)管S5驅(qū)動信號進(jìn)行反相及死區(qū)時間處理,得到c相橋臂下功率開關(guān)管S6的驅(qū)動信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制方法,其特征在于,所述基波準(zhǔn)比例諧振控制只進(jìn)行基波頻率的電壓波形控制,其數(shù)字化控制器傳遞函數(shù)如式(I ),采用雙線性變換法進(jìn)行離散化,它的差分方程如式(2),利用式(2)進(jìn)行數(shù)字化編程來實(shí)現(xiàn)電壓波形控制:
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制方法,其特征在于, 所述重復(fù)控制對電源基頻電壓進(jìn)行整形以及對高次諧波電壓進(jìn)行抑制,它的離散化傳遞函數(shù)如式(3),它的差分方程為式(4):
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的三相四橋臂逆變電路離網(wǎng)運(yùn)行控制方法,其特征在于, a相的第一純比例控制(a)、b相的第一純比例控制(b)和c相的第一純比例控制(c)為相同的比例控制器,它的離散化方程如式(5):式中,Kp為比例系數(shù),取值范圍為I~100: w(n) =Kpe (η) (5); a相的第二純比例控制(I )、b相的純比例控制(2)和c相的純比例控制(3)為相同的比例控制器,它的離散化方程 也如式(5);式中,Kp的取值范圍為0.1~50。
【文檔編號】H02M7/5387GK103812375SQ201410058656
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】戴偉, 孫向東, 陳芳, 王建淵, 張琦, 劉越 申請人:新疆希望電子有限公司