一种基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法技术

本发明专利技术公开一种基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法，包括：由六个非零基本电压空间矢量将逆变器的一个工作周期分成六个扇区；判断当前电压空间矢量所在的扇区；确定各扇区电压空间矢量的作用时间；确定各扇区电压空间矢量的切换时间；根据所述各扇区电压空间矢量的切换时间生成SVPWM波。本发明专利技术能够减小网侧逆变器输出电流中的谐波，降低输出波形畸变，实现有功和无功的解耦控制，提高整个系统的稳定性和高效性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力技术控制领域，特别是涉及一种基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法。
技术介绍
80年代中期，德国学者H.W.Van Der Broek等在交流电机调速中提出了磁链轨迹控制的思想，在此基础上进一步发展产生了电压空间矢量脉宽调制(Space-Vector Pulse-Width Modulation，简写为SVPWM)的概念。SVPWM，又称磁链追踪型PWM法，它是从电动机的角度出发，其着眼点是如何使电机获得圆磁场。具体地说，它是以三相对称正弦波电压供电下三相对称电动机定子理想磁链圆为基准，由三相逆变器不同开关模式下所形成的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，在追踪的过程中，逆变器的开关模式作适当的切换，从而形成PWM波。采用空间矢量PWM(SVPWM)算法可使逆变器输出线电压幅值最大达到Ud，比常规SPWM法提高了约15.47％。并且，由于SVPWM有多种调制方式，所以SVPWM控制方式可以通过改变其调制方式来减少逆变器功率器件开关次数，从而降低功率器件的开关损耗，提高控制性能。在同样的采样频率下，采用开关损耗模式SVPWM法的逆变器的功率器件开关次数比采用常规SVPWM法逆变器的功率器件开关次数减少了1/3，大大降低了功率器件的开关损耗。SVPWM实质是一种基于空间矢量在三相正弦波中注入了零序分量的调制波进行规则采样的一种变形SPWM，是具有更低的开关损耗的SPWM改进型方法，是一种优化的PWM方法，能明显减少逆变器输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗，降低电机的脉动转矩，且SVPWM其物理概念清晰，控制算法简单，数字化实现非常方便，故目前有替代传统SPWM法的趋势。三相并网逆变器一般由三相全桥电路实现，三个桥臂中的每个桥臂由2个功率器件串联，中间连接处作为三相电压输出端，通过控制6个功率器件的开
通与关断时刻，实现对三相输出电压或三相输出电流的实时控制。目前使用较为广泛的是SVPWM方法，该方法在每一个开关周期内都要对每个功率器件完成2次开关切换(定义功率器件从开通切换懂啊关断，或从关断切换懂啊开通，为1次开关切换)，而功率器件没一次开关切换都会造成一定的功率损耗。当开关频率较低时，功率器件开关损耗可以忽略，但较低的开关频率会造成三相电压或电流输出波形含有较多的谐波含量，影响波形正弦度的同时，也增加了滤波电流的负担与成本。为了追求谐波两较小的输出电压和输出电流，一般需要提高开关频率，但显然会带来较大的功率器件开关损耗，导致三相并网逆变器转换效率降低。为了进一步提高开关频率，降低开关损耗，现有技术中有采用不连续调制技术实现了在三相多电平逆变器上开关损耗的降低。另一种方案中，将不连续调制应用到有源滤波器上取得了较好的控制效果。还有一种方案是提出了应用于三相两电平逆变器上的统一型不连续调制技术。上述方案都采用在基本正弦波参考电压基础上注入不同德零序分量实现，且每个桥臂开关在一个基波周期内的不动作区间为120°。SVPWM是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM于传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。而随着智能型高速微控制芯片的发展、指令周期的缩短、计算功能的增强及存储容量的增加，使得数字化PWM有了更广阔的应用前景。因此，近些年来电压矢量脉宽调制技术得到了快速地发展，在电气传动的许多方面得到了广泛的应用。1、电压空间矢量PWM法最早是被应用于交流变频调速系统中，采用
SVPWM模式的交流变频调速系统较之采用常规SPWM模式的交流调速系统，不仅电机转矩脉动减小了，馈电给逆变器的直流电压利用率提高了；同时定子相电流更接近于正弦波，谐波更少，且采用SVPWM模式的交流变频调速系统其动态性能非常优良。2、目前电压空间矢量PWM法广泛应用在有源滤波器中，它把三相变流器作为一个整体来控制，很好地协调了PWM主电路各相间的相互作用。这种控制策略可有效地跟踪指令电流，抑制了负载谐波，显著减小了电源侧电流的电流总畸变率，是一种有效的电流跟踪控制方案。3、电压空间矢量PWM法应用于整流控制系统中，系统具有良好的动态性能，易于数字化实现，既能实现高功率因数，又能使能量双向流动。其最突出的优势是直流利用率较之常规的SPWM控制方法提高了约15.47％，而且，不同的调制方法将使开关损耗得到不同程度的减小。正是基于上述优点，空间矢量PWM法越来越广泛地应用于整流控制系统中。矢量控制的关键是静止坐标轴与旋转坐标轴系之间的坐标变换，而两坐标轴系之间的变换的关键是找到两坐标轴之间的夹角。目前，较为成熟的矢量变换控制方法有转子磁场定向矢量变换控制、定子磁场定向矢量变换控制、滑差频率矢量控制等。受到矢量控制的启发，近年来又派生出诸如多变量解耦控制、变结构滑膜控制等控制方法。传统的正弦脉宽调制(SPWM)技术是从电源的角度出发的，其着眼点是如何生成一个可以调频调压的三相对称正弦波电源。常规SPWM法已经被广泛地应用于逆变器中，然而常规SPWM不能充分利用馈电给逆变器的直流电压，逆变器最大相电压基波幅值与逆变器直流电压比值为1/2，即逆变器输出相电压峰值最大0.5Ud(Ud为逆变器的直流电压)，直流利用率低。John采用谐波失真的方法来增加三相PWM逆变器的输出电压，可以使PWM逆变器最大相电压基波幅值增加约15％，但该方法的效果并不理想，因此它的实际应用受到很大的限制。此外，SPWM逆变器是基于调节脉冲宽度和间隔来实现接近于正弦波的输出电流，这种调节会产生某些高次谐波分量，引起电机发热，转矩脉动过大甚至会造起系统振荡。一些学者在此基础上提出了选择谐波消除法和梯形脉宽调制法(TPWM)，但指定谐波消除法运算量大，且占用相当大的内存，实现起来比较困难；TPWM逆变器输出波形中谐波分量比SPWM逆变器还多，结果并不理想。而且，传统的高频三角波与调制波比较生成PWM波的方式适合模拟电路，不适应于现代化电力电子技术数字化的发展趋势。因此，常规SPWM法不能适应高性能全数字控制的交流伺服驱动系统的发展趋势。
技术实现思路
本专利技术正是基于以上一个或多个问题，提供一种基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法，用以解决现有技术中网侧逆变器输出电流中的谐波大，输出波形畸变高的问题。所述基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法，包括：由六个非零基本电压空间矢量将逆变器的一个工作周期分成六个扇区；判断当前电压空间矢量所在的扇区；确定各扇区电压空间矢量的作用时间；确定各扇区电压空间矢量的切换时间；根据所述各扇区电压空间矢量的切换时间生成SVPWM波。进一步的，所述逆变器的一个扇区包含两个开关工作状态，所述由六个非零基本电压空间矢量将逆变器的一个工作周期分成六个扇区，还包括：将每个扇区分成多个对应时间TPWM的区间。进一步的，所述判断当前电压空间矢量所在的扇区包括：对电压空间矢量做坐标变换；根据坐标变换及公式 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，包括：由六个非零基本电压空间矢量将逆变器的一个工作周期分成六个扇区；判断当前电压空间矢量所在的扇区；确定各扇区电压空间矢量的作用时间；确定各扇区电压空间矢量的切换时间；根据所述各扇区电压空间矢量的切换时间生成SVPWM波。

【技术特征摘要】
1.一种基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，包括：由六个非零基本电压空间矢量将逆变器的一个工作周期分成六个扇区；判断当前电压空间矢量所在的扇区；确定各扇区电压空间矢量的作用时间；确定各扇区电压空间矢量的切换时间；根据所述各扇区电压空间矢量的切换时间生成SVPWM波。2.如权利要求1所述的基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，所述逆变器的一个扇区包含两个开关工作状态，所述由六个非零基本电压空间矢量将逆变器的一个工作周期分成六个扇区，还包括：将每个扇区分成多个对应时间TPWM的区间。3.如权利要求1所述的基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，所述判断当前电压空间矢量所在的扇区包括：对电压空间矢量做坐标变换；根据坐标变换及公式 a = u β b = 3 2 u α - 1 2 u β c = - 3 2 u α - 1 2 u β ]]>确定变量a，b，c；并检测出个变量a，b，c的符号；再根据公式N＝4sign(c)+2sign(b)+sign(a)得到当前电压空间矢量所在的扇区；其中，sign表示符号函数，具体为: s i g n ( x ) = 1 , x ≥ 0 0 , x < 0 . ]]>4.如权利要求3所述的基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，扇区与N的关系满足下表：扇区ⅠⅡⅢⅣⅤⅥN315462。5.如权利要求3所述的基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，所述坐标变换采用Clarke变换、Park变换或者Park逆变换中的一种。6.如权利要求1所述的基于SVPWM的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，各扇区电压空间矢量的作用时间分配变量为： X Y Z = T P W M U d c 0 3 3 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭利辉，王红玲，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：河南;41