[发明专利]三相四桥臂逆变器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能变换领域中分布式发电系统用三相四桥臂逆变器及其控制方法，特别是一种利用三维空间矢量中γ分量的特定作用，消除分布式发电系统输出电压的不平衡和各种畸变的三相四桥臂逆变器及控制方法。

背景技术

分布式发电技术和微电网技术可以较好地利用新的可再生能源发电并提高发电的效率，因此，作为公用电网供电的补充，具有较大的发展潜力，特别是对于偏远地区，分布式发电系统更是具有独特的优点，不但可以避免远距离送电网路建设的巨大费用，而且可以提供可靠的绿色电力，在必要的时候，可以与整个电网系统形成相互补充。

虽然分布式发电技术和微电网技术具有上述优点，但建立真正经济可靠、供电质量优良的分布式发电系统还存在一系列问题需要解决。在整个供电系统中，既有三相负载又有单相负载，既有线性负载又有非线性负载，这些复杂用电设备的使用使我们的供电系统经常处于三相不平衡状态，影响供电质量。

三相四线逆变器通过中线提供零序电流通路，具有了带不平衡负载的能力和电路形式简单，体积小，电压利用率高等优点，在实际中具有广阔的应用前景，在微型燃机发电、太阳能发电(光伏电池、光热发电)、风力发电、生物质能发电等领域得到广泛使用。

传统的三相四线变换器的拓扑形式有组合式逆变器、工频变压器隔离的三相四线逆变器、分裂电容三相四线逆变器等，其缺点已被大多数学者认可。

目前，对三相四桥臂逆变系统常用的控制方法有：电流滞环控制，中性点控制，正序负序零序控制，PI(比例-积分)控制，特定谐波消除法，滑模控制法和最优控制等。这些控制方法在一定的程度上解决了带三相不平衡负载的问题，但往往会含有另外一些缺点，如控制算法复杂，输出负载的电流谐波含量大等，从而一定程度上影响了负载的使用寿命。

发明内容

鉴于目前三相四臂逆变器及其控制手段存在的不足，本发明的目的是设计一种体积小、重量轻、可靠性高、对非线性和不平衡负载的适应性广的三相四臂逆变器系统，并针对本发明的三相四臂逆变器提供一种动态响应快、稳压精度高、输出电压平衡且畸变率小、简单可行的三相四桥臂逆变系统控制方法。

本发明的三相四臂逆变器及其控制方法达到了上述设计目的。

本发明的三相四桥臂逆变器，由整流电路，直流滤波电路，三相四桥臂逆变电路，交流滤波电路，电流、电压采样电路，DSP(数字信号处理器)控制器，光耦隔离电路，电源电路构成，其特征在于整流电路，直流滤波电路，三相四桥臂逆变电路，交流滤波电路的输入端和输出端首尾顺序相连，电流、电压采样电路在交流滤波电路输出端采集的电流、电压信号馈给DSP控制器，DSP控制器的输出信号经光耦隔离电路隔离后馈给三相四桥臂逆变电路；所述的三相四桥臂逆变器电路由八个开关管反并联二极管组成，每个桥臂由两个开关管串联组成，串联中间连接点为各桥输出端，另外两个端点分别接三相四桥臂逆变电路的输入端，三相四桥臂逆变电路的输入端并联连接两个串联连接的储能电容，每个储能电容分别并联有等值的均压电阻。

本发明的三相四桥臂逆变器，与传统逆变器相比，具有体积小、重量轻、电路简单、动态性能好、电压利用率高等特点，特别适合应用于分布式并网和微电网等场合。

本发明同时还针对上述的三相四桥臂逆变器，提出了一种对系统输出电压的控制方法，其特征在于将传统的三维空间矢量分解成二维空间矢量和γ矢量，结合PI(比例-积分)控制器，通过对γ分量的控制产生第四桥臂的PWM(脉冲宽度调制)，使之对各种因素引起的输出电压不平衡进行全补偿，并充分利用二维空间矢量的优点对前三桥进行控制，该控制方法的步骤如下：

(1)、对输出电流、电压信号进行采样；

(2)、将反馈的三相电压进行空间矢量变换，提取α、β、γ分量；

(3)、α、β分量用来控制前三桥臂，采用二维空间矢量进行调制，产生PWM，具体操作如下：

a、采样三相电压信号；

b、与给定的三相电压信号比较，得出三相电压差值Δu_a、Δu_b、Δu_c；

c、将三相电压差值进行空间矢量旋转坐标变换，得出d、q分量；

d、对d，q分量进行PI调节，并对调节后的d，q分量进行空间矢量逆变换，得出Δu_a′、Δu_b′、Δu_c′；

e、根据Δu_a′、Δu_b′、Δu_c′确定扇区，确定非零矢量以及各非零矢量的作用时间；