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并网逆变器控制方略研究

姜帅

(ft东理工大学电气与电子工程学院，ft东淄博255091)

摘要：并网逆变器的控制方略是实现有效并网的核心。本文介绍了基本的调制技术与电压相位检测技术,为后续控制方略的展开打下了基础。接下来,对现在主流的几个内环控制方略进行了分析,并选择基于网侧电压定向的直接电流控制方略进行了设计。

核心词：并网逆变器控制方略调制检测技术内环控制

中图分类号：TK81文献标记码：A

在三相并网逆变器控制系统中,并网的电流必须是与电网电压同频同相的正弦波电流,另外直流侧母线电压的稳定也非常重要。并网逆变器的控制普通采用双闭环的控制方案。外环采用直流母线电压环,以控制母线电压的稳定；内环常采用的有两种控制方案,一种是电流内环闭环,另外一种是采用直接功率控制,内环的作用重要是跟踪外环输出的指令信号,如实现电流的正弦控制或者系统的有功功率无功功率的控制。内环控制动态性能的好坏对外环有着直接影响,因此控制系统的内环设计非常核心。

内环采用的两种重要控制方案中,电流内环控制技术又分为间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制不需要采用电流信号,控制构造相对简朴,但是对系统的参数很敏感,不利于滤波参数的设计,系统的动态性能较差,此种控制方式重要用在动态响应规定不高的场合。直接电流控制以实际电流采样作为反馈量,系统的动态性能很高,便于系统参数的设计,但是控制算法相对复杂。内环的另外一种控制方案是采用直接功率控制,系统的有功和无功实现理解耦控制,由瞬时无功功率理论,系统的有功分量和无功分量能够在两相静态坐标系下得到,也使坐标变换得以简化,系统的动态响应快。

除了上面两种内环控制方案外,基于虚拟磁链的内环控制技术也得到广泛关注。将并网逆变器的网侧看作一台虚拟电机,虚拟电机的定子电感和定阻对应网侧电感及等效电阻。虚拟磁链对应网侧电压的积分。虚拟磁链的控制方案不需要采用网侧电压,使系统构造简化,提高了系统因网侧电压畸变引发的扰动,但是控制算法相对繁杂。

PWM调制技术及电压相位检测介绍

PWM调制技术

PWM控制技术被广泛应用在变频调速和多种需要变流场合,其在逆变电路中的应用最广,也正是有赖于在逆变电路中的应用,才拟定了PWM技术在电力电子技术中的重要地位。本节着重介绍一下几个重要的调制技术。

PWM（PulseWidthmodulation）调制技术被广泛应用在逆变器场合。重要的电压型PWM逆变器有正弦波PWM逆变器、提高直流电压运用率PWM型逆变器、消除特定谐波PWM逆变器、优化同时式PWM逆变器、跟踪型PWM逆变器、Delta逆变器。逆变器惯用PWM的调制技术有SPWM、SHEPWM、CHBPWM、SVPWM。

PWM（PulseWidthmodulation）称正弦波脉宽调制。其调制思想是以正弦波作为逆变器

输出的盼望波形,载波是比调制波高诸多的等腰三角波,调制波用频率和盼望波相似的正弦波,根据调制波与载波的交点来拟定开关器件的能断,进而得到一系列等幅不等宽的矩形波,根据面积等效原则,这一系列矩形波就和盼望的正弦波等效。

通过软件办法生成的SPWM波重要有两种基本算法,即自然采样法和规则采样法。自然采样法所得到的SPWM波最靠近正弦波,其是以正弦波为调制波,以等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断。但是由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一种周期内不等距,脉宽体现式计算繁琐,难以实时控制。规则采样法是一种较实用的工程应用办法。其原理是用三角波采样得到的阶梯波与三角波交点时刻控制开关器件通断。该法的优点是计算简朴,但是其直流电压运用率低,线性控制范畴比较小。

SHEPWM（SelectedHarmonicsElimination）称消除指定次谐波的PWM调制方式。目的是消去PWM波形中某些重要的低次谐波,其原理是对输出的电压波形按傅里叶级数展开,将K次谐波相电压幅值表达为：

（1）首先拟定基波分量的值,然后再令要选择的几个低次谐波为零,建立方程组,求出对应的

，这样就能够消去指定的几个频率的谐波,但此办法计算比较复杂,并且消除特定谐波的同时可能引入高次谐波。

CHBPWM（CurrentHysteresisBandPWM）称电流滞环跟踪PWM。其原理是将每相电流反馈回来的电流与电流给定值时经滞环比较器,得到对应桥臂开关器件的开关状态,从而使电流能按指令电流进行变化。此办法动态性能好,但开关频率是一种变量,并且和滞环的宽度、直流侧电压及电感值有关,会造成较为严重的噪音。

SVPWM（SpaceVectorPWM）称电压空间矢量PWM,又称磁通正弦PWM波。其原理是以三相波形整体生成效果为前提,以逼