基于準比例諧振控制的三相npc并網(wǎng)逆變器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力電子運用領(lǐng)域，具體涉及一種基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器。本發(fā)明基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器由主電路模塊和控制模塊組成，主電路模塊實現(xiàn)電能并入電網(wǎng)，控制模塊采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對進網(wǎng)電流的瞬態(tài)跟蹤。與傳統(tǒng)的PI控制相比，本發(fā)明提出的一種基于準比例諧振控制的NPC并網(wǎng)逆變器簡化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也實現(xiàn)了中點電位的平衡。
【專利說明】基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子運用領(lǐng)域，涉及一種逆變器，具體涉及一種基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]能源危機已成為制約當(dāng)前經(jīng)濟社會發(fā)展的主導(dǎo)因素之一，太陽能等綠色能源得到越來越多的重視，然而只有當(dāng)輸出的電能真正并入電網(wǎng)時才能最大程度地緩解能源緊張和抑制環(huán)境污染。并網(wǎng)逆變器作為發(fā)電系統(tǒng)中與電網(wǎng)接口的設(shè)備起著至關(guān)重要的作用。與傳統(tǒng)的兩電平逆變器相比，三電平中性點箝位式(NeutralPointClamped, NPC)逆變器由于不存在動態(tài)均壓問題、無需額外的器件就可實現(xiàn)靜態(tài)電壓均衡、具有很低的THD和dv/dt等特性在中壓大功率傳動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]三電平NPC逆變器直流側(cè)電容中點電壓會隨著逆變器運行條件的改變而發(fā)生偏移，如果中點電壓偏移過多，則會造成電壓的分布不均，從而導(dǎo)致增大逆變器輸出電壓的THD，甚至?xí)^早地損壞開關(guān)器件，因此對于三電平逆變器而言，中點電壓控制不可忽視。
[0004]傳統(tǒng)d_q坐標系下的PI控制雖能較好地改善并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的性能，但無法做到無靜差地跟蹤正弦指令信號，很難消除穩(wěn)態(tài)誤差。對于電網(wǎng)中存在的各低次諧波采用PI控制補償起來相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，不易實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對傳統(tǒng)d-q坐標系下PI控制并網(wǎng)逆變器無法實現(xiàn)交流信號的無靜差跟蹤的問題，本發(fā)明提出了一種基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器，簡化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增強系統(tǒng)的抗電網(wǎng)頻率偏移能力。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體技術(shù)方案如下，基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器，包括主電路模塊和控制模塊；其中主電路模塊由中性點箝位式逆變器和LC濾波模塊串聯(lián)組成，實現(xiàn)電能并入電網(wǎng)；主電路模塊的輸入端與直流電源相連，輸出端與電網(wǎng)相連；控制模塊采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對進網(wǎng)電流的瞬態(tài)跟蹤，包括:直流側(cè)電容電壓檢測模塊、網(wǎng)側(cè)電壓檢測模塊、網(wǎng)側(cè)電流檢測模塊、Clark變換模塊、Park逆變換模塊、三相鎖相環(huán)模塊、直流電壓外環(huán)PI控制器模塊、電流內(nèi)環(huán)準比例諧振控制器模塊、空間矢量脈寬調(diào)制模塊和中點平衡模塊；直流側(cè)電容電壓檢測模塊輸入端與逆變器的輸入端相連，輸出端與直流電壓外環(huán)PI控制器模塊輸入端和中點平衡模塊輸入端相連；網(wǎng)側(cè)電壓檢測模塊輸入端與LC濾波模塊的輸出端相連，輸出端與三相鎖相環(huán)模塊相連；網(wǎng)側(cè)電流檢測模塊輸入端和LC濾波模塊的輸出端相連，輸出端與Clark變換模塊相連；三相鎖相環(huán)模塊輸出端和直流電壓外環(huán)PI控制器模塊輸出端與Park逆變換模塊相連；Park逆變換模塊和Clark變換模塊的輸出端與電流內(nèi)環(huán)準比例諧振控制器模塊相連；電流內(nèi)環(huán)準比例諧振控制器模塊輸出端和中點平衡模塊輸出端與空間矢量脈寬調(diào)制模塊相連；空間矢量脈寬調(diào)制模塊輸出端與中性點箝位式逆變器的脈沖輸入端相連。[0007]進一步地，通過上述直流電壓外環(huán)PI控制器模塊實現(xiàn)直流電壓的無靜差控制。
[0008]進一步地，通過上述電流內(nèi)環(huán)準比例諧振控制器模塊對基波電流以及需要補償?shù)母鞔沃C波電流進行無靜差跟蹤。
[0009]與傳統(tǒng)的PI控制相比，本發(fā)明提出的一種基于準比例諧振控制的NPC并網(wǎng)逆變器簡化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也實現(xiàn)了中點電位的平衡。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0011]圖2是基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器的原理圖。
[0012]圖3是三電平NPC逆變器主電路的原理圖。
[0013]圖4是三相NPC逆變器中點平衡原理圖。
[0014]圖5是三相NPC并網(wǎng)逆變器諧波補償原理圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和具體實 例對本發(fā)明作進一步描述。
[0016]圖1是基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)框圖。基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器包括主電路模塊和控制模塊；主電路模塊由中性點箝位式逆變器和LC濾波模塊串聯(lián)組成，實現(xiàn)電能并入電網(wǎng)，主電路模塊的輸入端與直流電源相連，輸出端與電網(wǎng)相連；控制模塊采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對進網(wǎng)電流的瞬態(tài)跟蹤，包括:直流側(cè)電容電壓檢測模塊、網(wǎng)側(cè)電壓檢測模塊、網(wǎng)側(cè)電流檢測模塊、Clark變換模塊、Park逆變換模塊、三相鎖相環(huán)模塊、直流電壓外環(huán)PI控制器模塊、電流內(nèi)環(huán)準比例諧振控制器模塊、空間矢量脈寬調(diào)制模塊和中點平衡模塊；直流側(cè)電容電壓檢測模塊輸入端與逆變器的輸入端相連，輸出端與直流電壓外環(huán)PI控制器模塊輸入端和中點平衡模塊輸入端相連；網(wǎng)側(cè)電壓檢測模塊輸入端與LC濾波模塊的輸出端相連,輸出端與三相鎖相環(huán)模塊相連；網(wǎng)側(cè)電流檢測模塊輸入端和LC濾波模塊的輸出端相連，輸出端與Clark變換模塊相連；三相鎖相環(huán)模塊輸出端和直流電壓外環(huán)PI控制器模塊輸出端與Park逆變換模塊相連；Park逆變換模塊和Clark變換模塊的輸出端與電流內(nèi)環(huán)準比例諧振控制器模塊相連；電流內(nèi)環(huán)準比例諧振控制器模塊輸出端和中點平衡模塊輸出端與空間矢量脈寬調(diào)制模塊相連；空間矢量脈寬調(diào)制模塊輸出端與中性點箝位式逆變器的脈沖輸入端相連。
[0017]圖2是基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器的原理圖。逆變器并網(wǎng)運行時，采樣三相電網(wǎng)電壓的瞬時值uga, ugb, ugc,通過三相鎖相環(huán)進行鎖相，獲得瞬時電網(wǎng)電壓的頻率和相位信號，以此作為并網(wǎng)電流頻率和相位的參考值；同時采樣三相并網(wǎng)電流ia，ib，ic，通過Clark變換得到α軸和β軸分量i α和?β ;采樣直流側(cè)電容兩端電壓udc,與直流電壓給定值udc*相減后經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器得到d軸電流id*,與給定電流iq*經(jīng)過Park逆變換后，得到α軸和β軸分量i α *和i β *。采樣直流側(cè)兩電容電壓，將兩電壓的差值與給定值作比較，經(jīng)PI調(diào)節(jié)后得到調(diào)整因子k，以改變正負小矢量的作用時間，以實現(xiàn)對NPC逆變器中點電位的控制。電壓外環(huán)輸出的瞬時電流的α軸和β軸分量ia*和?β*與瞬時電網(wǎng)電流的α軸和β軸分量ia和?β通過準PR控制再經(jīng)過空間矢量脈寬調(diào)制模塊得到開關(guān)管的驅(qū)動信號，最終實現(xiàn)對給定電流的無靜差跟蹤。[0018]圖3是三電平NPC逆變器主電路的原理圖。圖中每相橋臂由帶有反并聯(lián)二極管的四個有源開關(guān)組成，逆變器直流側(cè)的兩個電容給出了中點，連接到中點的兩個二極管為箝位二極管。當(dāng)每相橋臂的中間兩個開關(guān)導(dǎo)通時，逆變器輸出端通過其中一個箝位二極管連接到中點，每個直流電容上的電壓通常為總直流電壓的一半，中點電流對電容充放電會使中點電壓產(chǎn)生偏移。逆變器輸入端與直流電源相連，輸出端通過LC濾波器與電網(wǎng)相連。
[0019]圖4是三相NPC逆變器中點平衡原理圖。圖中采樣直流側(cè)上下兩容的電壓并作差值，將偏差電壓與給定值O輸入到PI調(diào)節(jié)器得到調(diào)整因子k，通過調(diào)整因子k改變正負小矢量的作用時間，最終實現(xiàn)對NPC逆變器中點電位的平衡。
[0020]圖5是三相NPC并網(wǎng)逆變器諧波補償原理圖。準PR控制的傳遞函數(shù)為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器，其特征在于，包括主電路模塊和控制模塊；所述主電路模塊由中性點箝位式逆變器和LC濾波模塊串聯(lián)組成，實現(xiàn)電能并入電網(wǎng)；主電路模塊的輸入端與直流電源相連，輸出端與電網(wǎng)相連；所述控制模塊采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對進網(wǎng)電流的瞬態(tài)跟蹤，包括:直流側(cè)電容電壓檢測模塊、網(wǎng)側(cè)電壓檢測模塊、網(wǎng)側(cè)電流檢測模塊、Clark變換模塊、Park逆變換模塊、三相鎖相環(huán)模塊、直流電壓外環(huán)PI控制器模塊、電流內(nèi)環(huán)準比例諧振控制器模塊、空間矢量脈寬調(diào)制模塊和中點平衡模塊；直流側(cè)電容電壓檢測模塊輸入端與逆變器的輸入端相連，輸出端與直流電壓外環(huán)PI控制器模塊輸入端和中點平衡模塊輸入端相連；網(wǎng)側(cè)電壓檢測模塊輸入端與LC濾波模塊的輸出端相連，輸出端與三相鎖相環(huán)模塊相連；網(wǎng)側(cè)電流檢測模塊輸入端和LC濾波模塊的輸出端相連，輸出端與Clark變換模塊相連；三相鎖相環(huán)模塊輸出端和直流電壓外環(huán)PI控制器模塊輸出端與Park逆變換模塊相連；Park逆變換模塊和Clark變換模塊的輸出端與電流內(nèi)環(huán)準比例諧振控制器模塊相連；電流內(nèi)環(huán)準比例諧振控制器模塊輸出端和中點平衡模塊輸出端與空間矢量脈寬調(diào)制模塊相連；空間矢量脈寬調(diào)制模塊輸出端與中性點箝位式逆變器的脈沖輸入端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器，其特征在于:通過所述直流電壓外環(huán)PI控制器模塊實現(xiàn)直流電壓的無靜差控制。
3.如權(quán)利要求1所述的基于準比例諧振控制的三相NPC并網(wǎng)逆變器，其特征在于:通過所述電流內(nèi)環(huán)準比例諧振控制器模塊對基波電流以及需要補償?shù)母鞔沃C波電流進行無靜差跟蹤。
【文檔編號】H02M7/5387GK104022668SQ201410239701
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】鄭宏, 呂誠陽, 王哲禹 申請人:江蘇大學(xué)