減小三相整流型負載下逆變器輸出電壓thd的控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子變流器控制技術(shù)領域，特別是涉及一種減小三相整流型負載下逆變器輸出電壓總諧波失真(Total Harmonic Distort1n, THD)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率離網(wǎng)逆變器是分布式新能源微電網(wǎng)的重要電力電子裝置，將直流母線的直流電壓逆變?yōu)楣ゎl正弦波電壓，以實現(xiàn)穩(wěn)定整個微電網(wǎng)交流母線電壓和提供功率給交流負荷的重要作用。逆變器的輸出電壓的諧波對交流負荷有不利的影響，如:加速設備老化、縮短設備使用壽命、甚至損壞設備等。國標GB/T20321.1-2006規(guī)定:離網(wǎng)型風能、太陽能發(fā)電系統(tǒng)用逆變器的輸出波形THD應小于或等于5%。
[0003]dq變換是一種將參考坐標自旋轉(zhuǎn)電機的定子側(cè)轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)子側(cè)的坐標變換，原用于同步電機的暫態(tài)分析，經(jīng)多年的發(fā)展，主要應用在電能質(zhì)量分析、無功補償、逆變、電機調(diào)速等技術(shù)領域。在具體逆變器的控制中，dq變換常用于電網(wǎng)電壓的數(shù)字鎖相、控制環(huán)路檢測變量(如:輸出電壓、輸出電流、電感電流等)的坐標變換、正/負序分量提取等，是逆變器實現(xiàn)矢量控制的重要手段。采用基于dq變換的矢量變換可較少逆變器的變量耦合，簡化逆變器的數(shù)學模型，提高逆變器的控制穩(wěn)定性和精度。
[0004]大功率離網(wǎng)逆變器通常采用如圖1所示拓撲電路和如圖2所示的矢量控制方法，基于該矢量控制方法，可實現(xiàn)滿載純阻性負載或單相整流型負載下逆變器輸出電壓諧波分量達標逆變器輸出電壓THD小于5 %，但在滿載三相整流型負載下逆變器輸出電壓THD遠大于5%。因此，常用的矢量控制方法并不滿足三相整流型負載下大功率離網(wǎng)逆變器的要求。基于目前逆變器負載多數(shù)是單相小功率整流型負荷的考慮，現(xiàn)常見的處理方式是逆變器輸出電壓THD標準測試時只考慮純阻負載和單相整流型負載，但是隨著今后三相UPS、三相電機驅(qū)動器等三相整流型負載的快速發(fā)展和推廣應用，逆變器的THD標準測試必將考慮三相整流型負載，逆變器的矢量控制方法也必須改進以滿足逆變器技術(shù)發(fā)展的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有大功率離網(wǎng)逆變器矢量控制方法對三相整流型負載下逆變器輸出電壓THD控制效果不佳的缺點，本發(fā)明的目的之一在于提供一種減小三相整流型負載下逆變器輸出電壓THD的控制系統(tǒng)，其通過引入了 5/7次諧波正確極性的前饋控制，能有效減小三相整流型負載下逆變器輸出電壓的THD。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種減小三相整流型負載下逆變器輸出電壓THD的控制系統(tǒng)，其包括:
[0008]輸出電壓反饋控制模塊，用于將三相輸出電壓采樣信號進行基頻dq變換，得到dq坐標系下的電壓反饋信號V(]d、V(]q;所得的兩個電壓反饋信號V(]d、V(]q分別與其參考值V_f、V(]qraf作比較，其差分別通過第一 PI調(diào)節(jié)器控制后分別得到dq坐標系下的指令信號 icdref、icqref，
[0009]輸出電容電流反饋控制模塊，用于將三相電感電流采樣信號iu、iLB, L與三相輸出電流采樣信號iM、i?、^分別作差，得到輸出電容電流反饋信號i ?、ieB、將得的輸出電容電流反饋信號i(；A、iCB' iee進行基頻dq變換，得到dq坐標系下的基頻反饋信號i ed、iCq;所得的兩個基頻反饋信號ied、ieq分別與其指令信號i edraf、、_作比較，其差分別通過第二PI調(diào)節(jié)器控制后分別得到dq坐標系下的電容電流反饋控制信號vMragl、v0qregl；
[0010]輸出電感電流5/7次諧波前饋控制模塊，用于將三相電感電流采樣信號iu、kB、iLc進行工頻的5倍頻dq變換和7倍頻dq變換，并均經(jīng)一階慣性環(huán)節(jié)濾波后得到dq坐系下的5倍頻反饋信號
^-Ld5 (5)、^Lq5 (5)
和7彳首頻反饋彳曰號i⑵;所得的5彳首頻反饋彳曰號i ^⑶、
^-Lq5(5) 再分別進行i Ld5 (5)、^Lq5 (5) 工頻的5倍頻dq反變換得到abc坐標系下的5倍頻abc坐標?曰 5 lLA5(5) ^ 和 ? LC5(5); 所得的7倍頻反饋信號i
Ld7(7)、lLq7(7) 再分別進行i Ld7(7)、lLq7(7)
工頻的7倍頻dq反變換得到abc坐標系下的7倍頻abc坐標信號
iLA7(7)、iLB7(7)和 i LC7 (7);將所得的5倍頻abc坐標信號??Α5(5)、iLB5(5)、ius(?進行基頻dq變換，得到dq坐系下的5倍頻初始調(diào)制信號iu⑸和i u?);將所得的7倍頻abc坐標信號i LA7(7)、iLB7(7)和 ? LX7(7)進彳丁基頻dq變換，得到dq坐系下的7倍頻初始調(diào)制信號和i u⑺;所得的5倍頻初始調(diào)制信號?ω⑸、iu⑸以及7倍頻初始調(diào)制信號i u⑺、分別乘以-Κ ^Κη Κ2、_Κ2得到dq坐標系下的5倍頻輸出調(diào)制信號
V()qreg2(5)、^0dreg2 (5) 和7倍頻輸出調(diào)制信號
V 0qreg2 (7)、^0dreg2 (7)，
其中1、
κ2為正實數(shù)常量；
[0011]PWM調(diào)制模塊，用于將輸出調(diào)制信號進行基頻dq反變換，得到三相輸出調(diào)制信號 V()Areg、V()Breg、^OCreg? 三相輸出調(diào)制信號V OAreg' VoBreg' V()&eg分別與載波比較進行PWM調(diào)制，得到三相橋臂上開關(guān)器件的控制脈沖，將所述控制脈沖通過驅(qū)動電路后控制逆變器工作；所述輸出調(diào)制信號由電壓反饋信號V吣電容電流反饋控制信號V。一、5倍頻輸出調(diào)制信號 V()dreg2 (5) 和7倍頻輸出調(diào)制信號
V0dreg2 (7) 相加所得；所述輸出調(diào)制信號V _%由電壓反饋信號V。。、電容電流反饋控制信號5倍頻輸出調(diào)制信號^丨…⑸和7倍頻輸出調(diào)制?目號Vaqrag2C/:)相加所得。
[0012]本發(fā)明的另一目的在于提供一種減小三相整流型負載下逆變器輸出電壓THD的控制方法，其通過引入了 5/7次諧波正確極性的前饋控制，能有效減小三相整流型負載下逆變器輸出電壓的THD。
[0013]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0014]—種減小三相整流型負載下逆變器輸出電壓THD的控制方法，其包括以下步驟:
[0015]步驟1、將三相輸出電壓采樣信號vM、V(jB、V(k；進行基頻dq變換，得到dq坐標系下的電壓反饋信號V(]d、所得的兩個電壓反饋信號V吣\分別與其參考值V *f、作比較，其差分別通過第一 PI調(diào)節(jié)器控制后分別得到dq坐標系下的指令信號i—f、iCqref；
[0016]步驟2、將三相電感電流采樣信號iw、iLB^ L與三相輸出電流采樣信號i ω、iQB、1c分別作差，得到輸出電容電流反饋信號ieA、ieB、將得的輸出電容電流反饋信號i ?、iCB、4進行基頻dq變換，得到dq坐標系下的基頻反饋信號i ed、ieq;所得的兩個基頻反饋信號icd、ieq分別與其指令信號i edraf、ieqraf作比較，其差分別通過第二 PI調(diào)節(jié)器控制后分別得到dq坐標系下的電容電流反饋控制信號vMragl、v0qregl
[0017]步驟3、將三相電感電流采樣信號iw、iLB, i 行工頻的5倍頻dq變換和7倍頻dq變換，并均經(jīng)一階慣性環(huán)節(jié)濾波后得到dq坐系下的5倍頻反饋信號、iU5⑸和7倍頻反饋信號 lLd7(7)、lLq7(7); 所得的5倍頻反饋信號i
Ld5 (5)、^Lq5 (5) 再分別進行i Ld5 (5)、^Lq5(5) —
的5倍頻dq反變換得到abc坐標系下的5倍頻abc坐標信號
iLA5(5)、iLB5 ⑶和 ? LC5(5); 所得的
7倍頻反饋信號 iLd7(7” lLq7(7) 再分別進行i Ld7(7)、lLq7(7) 工頻的7倍頻dq反變換得到abc坐標系下的7倍頻abc坐標信號
lLA7(7) ^ iLB7(7)和 ? LC7 (7); 將所得的5倍頻abc坐標信號i
LA5 (5)、
lLB5(5) ^ lLC5(5) 進行基頻dq變換，得到dq坐系下的5倍頻初始調(diào)制信號i Ld ⑶和 i Lq(5); 將所得的7倍頻abc坐標信號iuv/⑺、iumrj和i lct⑺進行基頻dq變換，得到dq坐系下的7倍頻初始調(diào)制信號 iLd(7)和 i Lq(7); 所得的5倍頻初始調(diào)制信號i
Ld(5)、ilq(5) 以及7倍頻初始調(diào)制信號iw(7)、iM7)分別乘以-K pH -κ2得到dq坐標系下的5倍頻輸出調(diào)制信號V 0qreg2(5)、V()dreg2 (5) 和7倍頻輸出調(diào)制信號
V0qreg2 (7)、^0dreg2 (7)，
其中1、1(2為正實數(shù)常量；
[0018]步驟4、將輸出調(diào)制信號V(]drag、V(]qrag進行基頻dq反變換，得到三相輸出調(diào)制信號V()Areg、V()Breg、^OCreg? 三相輸出調(diào)制信號V Mrag、v0Breg, V(]&eg分別與載波比較進行PWM調(diào)制，得到三相橋臂上開關(guān)器件的控制脈沖，將所述控制脈沖通過驅(qū)動電路后控制逆變器工作；所述輸出調(diào)制信號V(]drag由電壓反饋信號V(]d、電容電流反饋控制信號vMragl、5倍頻輸出調(diào)制信號
⑸和7倍頻輸出調(diào)制信號V ^g2(r)相加所得；所述輸出調(diào)制信號V 0qregS電壓反饋信號V。。、電容電流反饋控制信號V(]qragl、5倍頻輸出調(diào)制信號V(]qrag2⑸和7倍頻輸出調(diào)制信號
V0qreg2(7)相加所得。
[0019]三相整流型負載的5、7次諧波分量較大，采用現(xiàn)有的矢量控制方法，大功率離網(wǎng)逆變器的輸出電壓THD大于5%。本發(fā)明提出的減小三相整流型負載下逆變器輸出電壓THD的控制方法，引入了 5/7次諧波正確極性的前饋控制，克服了原有控制方法無法抑制三相整流型負載帶來的輸出電壓諧波分量過大的問題，從而能減小逆變器輸出電壓的波形畸變，使THD小于5%。
【附圖說明】
[0020]圖1為常用的大功率離網(wǎng)逆變器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為常用的大功率離網(wǎng)逆變器矢量控制方法的示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明減小三相整流型負載下逆變器輸出電壓THD的控制方法在一實施例中的示意圖。
[0023]圖4為逆變器的三相負載電流仿真波形。
[0024]圖5為采用常用矢量控制方法的逆變器三相輸出電壓仿真波形。
[0025]圖6為采用本發(fā)明所提出控制方法的逆變器三相輸出電壓仿真波形。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步詳細說明。
[0027]實施例
[0028]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0029]如圖3所示本實施例提供了其中一種減小三相整流型負載下逆變器輸出電壓THD的控制方法，包括:一個輸出電壓反饋控制模塊、一個輸出電容電流反饋控制模塊、一個輸出電感電流5/7次諧波前饋控制模塊和一個PWM調(diào)制模塊。
[0030]所述輸出電壓反饋控制模塊實現(xiàn)逆變器的三相輸出電壓跟隨指令，并提供輸出電容電流反饋控制所需的指令信號。如圖1所示的三相輸出電壓采樣信號vM、v0B, V(K，經(jīng)基頻(工頻)dq變換后得到dq坐標系下的反饋信號Vod、Voq;將v 分別與其參考值v Qdre0vQqraf作比較，其差分別通過PI調(diào)節(jié)器控制后分別得到輸出電容電流dq坐標系下的指令信
^ icdref、icqref0
[0031 ] 所述