无锁相环的三相并网逆变器控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种无锁相环的三相并网逆变器控制方法及系统，包括：功率计算与滤波步骤：测量三相相电流信号i

【技术实现步骤摘要】
无锁相环的三相并网逆变器控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及三相并网逆变器控制
，具体地，涉及一种无锁相环的三相并网逆变器控制方法及系统。

技术介绍

[0002]可再生能源发电已日益成为能源领域关注的焦点。作为可再生能源发电的关键设备，逆变器及其控制一直是该领域的技术热点。传统逆变器一般采用基于锁相环的逆变器并网控制方案，其优点在于响应动态较好，参数设计较容易。然而，基于锁相环的逆变器并网控制方案存在诸多问题。由于锁相环本身存在稳定性问题，已有相当多的文献表明锁相环的失稳是造成并网逆变器失稳的主要原因。此外，采用基于锁相环的逆变器并网控制方案需要测量逆变器网侧电压，这就需要在逆变器的输出端口额外增加电压传感器，势必加大了逆变器的复杂度和成本。
[0003]现有技术中，公开号为CN113517720A的中国专利技术专利，公开了一种弱电网下LCL并网逆变器分数相位补偿控制方法及设备，通过获取的并网电流信号分为两路，一路经过并网电流反馈有源阻尼抑制LCL并网逆变器的固有谐振峰，另一路与所述并网电流参考信号相减得到误差信号并传送至电流控制器进行调制。该专利技术尽管能够对并网电压相位进行补偿，但仍采用锁相环进行，且基于锁相环的并网逆变器对弱网不稳定的这一特质并没有因所提出的方法而改变。
[0004]公开号为CN113675886A的中国专利技术专利，公开了一种虚拟同步机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制方法通过转动惯量和阻尼系数的协同控制使有功环节保持在欠阻尼状态。该专利技术采用虚拟同步机方案，但虚拟同步机方案由于功率环缺少0极点而无法实现对功率的精确跟踪。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种无锁相环的三相并网逆变器控制方法及系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种无锁相环的三相并网逆变器控制方法及系统，所述方案如下：
[0007]第一方面，提供了一种无锁相环的三相并网逆变器控制方法，所述方法包括：
[0008]功率计算与滤波步骤：测量三相相电流信号i
1,abc
与电压信号u
c,abc
，根据测量结果或使用其坐标变换值i
1,dq
和u
c,dq
计算有功功率与无功功率，将计算得到的有功功率与无功功率分别经过功率滤波器进行滤波处理；
[0009]功率同步步骤：将经过功率滤波器的有功功率与无功功率经PI调节器生成频率与电压参考信号；
[0010]电压电流控制步骤：根据生成的频率与电压参考信号，控制系统中硬件模块LCL滤波器机侧电感电流传感器与电容电压传感器；
[0011]PWM调制步骤：通过对电感电流传感器与电容电压传感器的控制，生成PWM波供驱动器驱动三相IGBT桥。
[0012]优选地，所述功率计算与滤波步骤中，功率滤波器采用一阶惯性滤波器G
pf
(s),其传递函数形式为：
[0013][0014]其中，T
f
表示功率滤波器时间常数；s表示拉普拉斯变换的拉氏算子。
[0015]优选地，所述功率同步步骤中，有功功率PI调节器的时间常数小于功率计算与滤波步骤的时间常数，无功功率PI调节器的时间常数大于有功功率PI调节器时间常数。
[0016]优选地，所述功率计算与滤波步骤时间常数大于系统中电压电流步骤时间常数10倍，有功功率PI调节器时间常数应小于功率计算与滤波步骤时间常数；
[0017]对功率同步步骤比例系数进行单位归一化，归一化系数为K
unit
，各参数设定要求如下：
[0018][0019]其中，和为归一化的比例增益，其数值一般为1～100；k
po
表示电压控制环比例增益；k
iql
表示无功环路积分增益；表示有功环路积分增益；k
io
表示电压控制环积分增益；表示无功环路比例增益；表示有功环路比例增益；K
unit
表示归一化系数；V
ref
表示控制电压参考；X
line
表示线路阻抗；X
L2
表示网侧滤波器电感对应阻抗。
[0020]优选地，所述电压电流控制步骤具体包括：控制系统中硬件模块LCL滤波器机侧电感电流传感器与电容电压传感器，电流内环采用P控制，参数为k
pin
，电压外环采用PI控制，其传递函数形式为：
[0021][0022]G
PI
(s)表示电压外环PI控制器传递函数。
[0023]优选地，参考频率与坐标变换角度通过计算有功功率和无功功率获得，相应公式为：
[0024][0025]其中，ω表示输出电压频率；P
ref
表示有功功率参考；表示经功率滤波器滤波后的实际输出有功；ω
ref
表示输出电压频率参考；θ表示DQ变换角度；表示电容电压d轴分量控制给定；表示表示电容电压q轴分量控制给定；Q
ref
表示无功功率参考；表示经功率滤波器滤波后的实际输出无功；V
ref
表示控制电压参考。
[0026]第二方面，提供了一种无锁相环的三相并网逆变器控制系统，所述系统包括：
[0027]功率计算与滤波模块：测量三相相电流信号i
1,abc
与电压信号u
c,abc
，根据测量结果或使用其坐标变换值i
1,dq
和u
c,dq
计算有功功率与无功功率，将计算得到的有功功率与无功功率分别经过功率滤波器进行滤波处理；
[0028]功率同步模块：将经过功率滤波器的有功功率与无功功率经PI调节器生成频率与电压参考信号；
[0029]电压电流控制模块：根据生成的频率与电压参考信号，控制系统中硬件模块LCL滤波器机侧电感电流传感器与电容电压传感器；
[0030]PWM调制模块：通过对电感电流传感器与电容电压传感器的控制，生成PWM波供驱动器驱动三相IGBT桥。
[0031]优选地，所述功率同步步骤中，有功功率PI调节器的时间常数小于功率计算与滤波步骤的时间常数，无功功率PI调节器的时间常数大于有功功率PI调节器时间常数。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0033]1、本专利技术不采用锁相环生成频率与坐标变换角度，从而避免了锁相环带来的不稳定问题。经仿真结果表明，本专利技术方案的功率调节超调量相对于锁相环方案下降了20％；
[0034]2、本专利技术相对于基于锁相环的三相并网逆变器控制方案，在弱电网运行条件下下稳定性更强；
[0035]3、本专利技术可无需测量逆变器网侧电压，从而节省逆变器网侧电压传感器的使用，降低设计负担；
[0036]4、本专利技术主要为控制方法改进，可无需对主流逆变器拓扑进行大幅度改动。
附图说明
[0037]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无锁相环的三相并网逆变器控制方法，其特征在于，包括：功率计算与滤波步骤：测量三相相电流信号i
1,abc
与电压信号u
c,abc
，根据测量结果或使用其坐标变换值i
1,dq
和u
c,dq
计算有功功率与无功功率，将计算得到的有功功率与无功功率分别经过功率滤波器进行滤波处理；功率同步步骤：将经过功率滤波器的有功功率与无功功率经PI调节器生成频率与电压参考信号；电压电流控制步骤：根据生成的频率与电压参考信号，控制系统中硬件模块LCL滤波器机侧电感电流传感器与电容电压传感器；PWM调制步骤：通过对电感电流传感器与电容电压传感器的控制，生成PWM波供驱动器驱动三相IGBT桥。2.根据权利要求1所述的无锁相环的三相并网逆变器控制方法，其特征在于，所述功率计算与滤波步骤中，功率滤波器采用一阶惯性滤波器G
pf
(s),其传递函数形式为：其中，T
f
表示功率滤波器时间常数；s表示拉普拉斯变换的拉氏算子。3.根据权利要求1所述的无锁相环的三相并网逆变器控制方法，其特征在于，所述功率同步步骤中，有功功率PI调节器的时间常数小于功率计算与滤波步骤的时间常数，无功功率PI调节器的时间常数大于有功功率PI调节器时间常数。4.根据权利要求1所述的无锁相环的三相并网逆变器控制方法，其特征在于，所述功率计算与滤波步骤时间常数大于系统中电压电流步骤时间常数10倍，有功功率PI调节器时间常数应小于功率计算与滤波步骤时间常数；对功率同步步骤比例系数进行单位归一化，归一化系数为K
unit
，各参数设定要求如下：其中，和为归一化的比例增益，其数值一般为1～100；k
po
表示电压控制环比例增益；表示无功环路积分增益；表示有功环路积分增益；k
io
表示电压控制环积分增益；表示无功环路比例增益；表示有功环路比例增益；K
unit
表示归一化系数；V
ref
表示控制电压参考；X
line
表...

【专利技术属性】
技术研发人员：董家伟，王志新，包俊，
申请(专利权)人：上海禧龙科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：