基于电压电流前馈控制的三相并网逆变器低电压穿越过程中电流过冲抑制方法

1.本发明涉及三相并网逆变器低电压穿越控制方法，尤其涉及一种低电压穿越过程中基于电压电流前馈控制抑制电流过冲的方法。


背景技术：

2.在分布式发电系统中，并网逆变器得到了广泛的应用。其中，在光伏逆变器中，t型三电平并网逆变器拓扑凭借其高效率低成本的优点得到了广泛应用。根据国家电网规范，并网逆变器需提供电网跌落故障时的低电压穿越能力。目前，在低电压穿越过程的控制领域，传统前馈方法将电网电压作为前馈引入pi电流环，以加快电流环的响应速率从而达到抑制电网电压跌落时的逆变器过流，也有部分方法将电网电压和负载电流的扰动量作为前馈加入到母线电压调节器的输出以抑制电网电压对称跌落时系统的过电流，还有方法基于逆变器侧电流前馈实现更为准确的故障检测及低电压穿越控制策略。以上前馈方法虽能在一定程度上抑制电压跌落时的电流过冲，但是在电网电压严重跌落的情况下电流过冲仍处在一个较高水平，不利于并网逆变器系统的安全运行。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于电压电流前馈控制的三相并网逆变器低电压穿越过程中电流过冲抑制方法，以减小在电网电压跌落及恢复的过程中的电流过冲。
4.本发明的基于电压电流前馈控制的三相并网逆变器低电压穿越过程中电流过冲抑制方法，所述方法的实现拓扑包括三相并网逆变器主电路、低通滤波器、三相电压电流检测电路、控制器、pwm发生器，其中三相电压电流检测电路包含了用于三相逆变侧电感电流检测和电容电压检测的两组检测电路，控制器包含了正负序分离环节、从abc三相静止坐标系下三相分量中提取频率相位信息的锁相环pll变换、正序park变换、负序park变换、pi环节、正序park反变换、负序park反变换、前馈控制环节、和spwm环节，其中，控制器对三相逆变侧电容电压经过正负序分离环节后将正序电压分量送入到pll锁相环中提取频率相位信息，利用相位信息将经过正负序分离环节后的三相逆变侧电感正序电流进行正序park变换、三相逆变侧电感负序电流进行负序park变换，变换后的正负序电流送入到pi环节，得到pi控制信号后分别进行正序park反变换和负序park反变换，在前馈控制环节中对其叠加应用前馈系数的前馈电压电流信号，之后将所得的正序、负序控制信号叠加后并经过spwm环节后得到三相控制信号。
5.本发明所述电压电流前馈控制中是将采样到的并网逆变器输出侧电感电流和电容电压经过正负序分离后在前馈控制环节中分别乘以对应的前馈系数再加在pid电流环的对应输出里。
6.本发明的基于电压电流前馈控制的三相并网逆变器低电压穿越过程中电流过冲抑制方法，较大程度上抑制了并网逆变器低电压穿越过程中的电流穿越过冲和恢复过冲，
实现了并网逆变器的安全运行。
7.本发明适用于以mosfet、igbt等半导体器件为功率开关，使用正负序分离方法并利用同步旋转坐标变换通过pi控制正负序电流的三相并网逆变器，用于太阳能、风力、燃料电池发电等各种并网能源系统。
附图说明
8.图1为t型三电平并网逆变器主电路和控制框图；
9.图2为本发明控制器中的整体控制框图；
10.图3为本发明使用的正负序分离方法框图；
11.图4是电网电压对称跌落到0情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲；
12.图5是电网电压对称跌落50％情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲；
13.图6是电网电压两相跌落到0情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲；
14.图7是电网电压两相跌落50％情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲；
15.图8是电网电压单相跌落到0情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲；
16.图9是电网电压单相跌落50％情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实例对本发明的技术方案做进一步地详细说明。
18.图1所示是t型三电平并网逆变器主电路和控制框图。它包括基于igbt的t型三电平并网逆变器电路1、用于连接逆变并网连接运行的lc低通滤波器2、三相电压电流检测电路3、控制器4和pwm发生器5，其中控制器4如图2所示包含了正负序分离环节41、从abc三相静止坐标系下三相分量中提取频率相位信息的锁相环pll变换42、正序park变换43、负序park变换44、pi环节45、正序park反变换46、负序park反变换47、前馈控制环节48、和spwm环节49，如图3所示为本发明采用的一种具体的正负序分离环节，其包含了abc/αβ变换411、延时t/4环节412和αβ/abc变换413，在本发明的其他实例中也可以采用其他任意能实现正负序分离的正负序分离环节。
19.本发明的基于电压电流前馈控制的三相并网逆变器低电压穿越过程中电流过冲抑制方法是：控制器4对三相逆变侧电容电压经过正负序分离环节41后将正序电压分量送入到pll锁相环42中提取频率相位信息，利用相位信息将经过正负序分离环节41后的三相逆变侧电感正序电流进行正序park变换43、三相逆变侧电感负序电流进行负序park变换44，变换后的正负序电流送入到pi环节45，得到pi控制信号后分别进行正序park反变换46和负序park反变换47，在前馈控制环节48中对其叠加应用前馈系数的前馈电压电流信号，之后将正、负序控制信号叠加并经过spwm环节49后得到三相控制信号。如图3所示，所述的前馈系统通过大量仿真对比，优选取值为：电压前馈系数ku＝0.9，电流前馈系数ki＝1.4。
20.本发明提出的基于电压电流前馈控制的三相并网逆变器低电压穿越过程中电流过冲抑制方法，相比较传统的前馈控制方法，在低电压穿越过程中具有更小的电流过冲。在
具体实施例中，设定三相电网相电压幅值为311v，正常逆变器输出电感电流幅值为150a，定义电流过冲百分比＝(电流应力幅值-150)/150。在正序反park变换46、负序反park变换47之后加入的前馈定义为abc坐标系前馈，在正序反park变换46、负序反park变换47之前加入的前馈定义为dq坐标系前馈。图4是电网电压对称跌落到0情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲，图5是电网电压对称跌落50％情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲，图6是电网电压两相跌落到0情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲，图7是电网电压两相跌落50％情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲，图8是电网电压单相跌落到0情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲，图9是电网电压单相跌落50％情况下应用各种前馈方式时的穿越过冲和恢复过冲。图中，本发明方案简称为“电压电流abc前馈”，其他前馈方式使用“使用的前馈信号+前馈加入的坐标系+前馈+前馈信号滤波长度(如果有)”命名，可以看出，本发明的基于电压电流前馈控制的三相并网逆变器低电压穿越过程中电流过冲抑制方法，相对于其他控制方案而言能够较大程度上抑制了并网逆变器低电压穿越过程中的电流穿越过冲和恢复过冲，实现了并网逆变器的安全运行。在电网电压单相跌落和两相跌落的情况下本发明所提出的方法不存在穿越过冲和恢复过冲。

技术特征：
1.基于电压电流前馈控制的三相并网逆变器低电压穿越过程中电流过冲抑制方法，其特征在于，所述方法是将三相电容电压进行正负序分离后将正序电压量送入锁相环，对三相电感电流进行正负序分离并对正负序分量分别进行正序park变换和负序park变换并进行pi控制，对pi控制结果分别进行正序park反变换和负序park反变换，在前馈环节叠加应用前馈系数的电压电流信号，之后叠加正负序控制信号后并经过spwm环节后得到三相控制信号，将其送入pwm发生器得到各路的pwm控制信号，从而抑制并网逆变器低电压穿越过程中的电流过冲。2.根据权利要求1所述的基于电压电流前馈控制的三相并网逆变器低电压穿越过程中电流过冲抑制方法，所述方法的实现拓扑包括三相并网逆变器主电路(1)、低通滤波器(2)、三相电压电流检测电路(3)、控制器(4)、pwm发生器(5)，其中三相电压电流检测电路包含了用于三相逆变侧电感电流检测和电容电压检测的两组检测电路，控制器(4)包含了正负序分离环节(41)、从abc三相静止坐标系下三相分量中提取频率相位信息的锁相环pll变换(42)、正序park变换(43)、负序park变换(44)、pi环节(45)、正序park反变换(46)、负序park反变换(47)、前馈控制环节(48)、和spwm环节(49)，其特征在于，控制器(4)对三相逆变侧电容电压经过正负序分离环节(41)后将正序电压分量送入到pll锁相环(42)中提取频率相位信息，利用相位信息将经过正负序分离环节(41)后的三相逆变侧电感正序电流进行正序park变换(43)、三相逆变侧电感负序电流进行负序park变换(44)，变换后的正负序电流送入到pi环节(45)，得到pi控制信号后分别进行正序park反变换(46)和负序park反变换(47)，在前馈控制环节(48)中对其叠加应用前馈系数的前馈电压电流信号，之后叠加正负序控制信号后并经过spwm环节(49)后得到三相控制信号。3.根据权利要求1所述的基于电压电流前馈控制的三相并网逆变器低电压穿越过程中电流过冲抑制方法，其特征在于，所述电压电流前馈控制是将采样到的并网逆变器输出侧电感电流和电容电压经过正负序分离后在前馈控制环节中分别乘以对应的前馈系数再加在pid电流环的对应输出里。

技术总结
本发明公开的基于电压电流前馈控制的三相并网逆变器低电压穿越过程中电流过冲抑制方法，针对使用MOSFET、IGBT等半导体器件为功率开关的三相并网逆变器，将三相电容电压进行正负序分离后将正序电压量送入锁相环，对三相电感电流进行正负序分离并对正负序分量分别进行正序PARK变换和负序PARK变换并进行PI控制，对PI控制结果分别进行正序PARK反变换和负序PARK反变换，在前馈环节叠加应用前馈系数的电压电流信号，之后叠加正负序控制信号后并经过SPWM环节后得到三相控制信号，将其送入PWM发生器得到各路的PWM控制信号，从而抑制并网逆变器低电压穿越过程中的电流过冲。逆变器低电压穿越过程中的电流过冲。逆变器低电压穿越过程中的电流过冲。


技术研发人员：陈敏 谢瑞杨 徐德鸿
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/10/8