[发明专利]基于瞬时电流直接控制的新型脉宽调制电流跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及现代电力电子领域内并网型逆变设备的电流跟踪控制方法技术领域，特别是基于瞬时电流直接控制的新型脉宽调制电流跟踪控制方法。

背景技术

对于诸如APF(电力有源滤波器)、SVG(静止型无功发生器)、光伏及风力等新能源发电逆变并网设备等类型的逆变装置来说，其输出端经串联电抗器直接接入电网，输出端电压通过电网电压支撑，这类装置的功能主要通过精确、快速地控制输出电流跟踪指令电流来实现。不同类型的并网型逆变装置指令电流的产生方法不同，但在指令电流产生后都存在如何有效控制实际输出电流跟踪指令电流的问题，该环节从很大程度上直接影响着整套并网逆变装置的最终性能指标。传统的电流跟踪控制方法包括典型的电流滞环控制、电压空间矢量控制以及一些变形的方法，这种种传统方法实质上都需要主控系统对实际的输出电流进行实时的检测并通过与指令电流的比较确定逆变电路开关状态，这就对逆变装置主控系统数据处理速度提出了很高的要求，以20KHZ的开关频率为例，要求主控系统电流比较控制频率至少为40KHZ，即每隔25us进行一次输出电流调控，加上装置需要进行的指令电流运算及其他必须的数据处理，如此快的速度要求即使使用高速DSP芯片也难以满足，而过低的开关速度会导致输出电流偏差增加、输出电流波形变坏，输出电抗器增大、设备成本增加、输出电流响应速度降低，所以采用传统电流跟踪控制方法的设备从提升电流响应速度、改善输出电流波形质量、减小并联电抗器体积、重量等方面考虑，大都不得不增加专门电路或芯片来满足对电流调控速度的要求。

发明内容

本发明目的是针对以上不足之处，提供一种基于瞬时电流直接控制的新型脉宽调制电流跟踪控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：基于瞬时电流直接控制的新型脉宽调制电流跟踪控制方法，包括以下步骤：1)、采样直流侧电压瞬时值、工频电网电压瞬时值；2)、对逆变电路的不同工作状态进行分析，得出对应不同逆变电路工作状态下的可控电流矢量；3)、对步骤2)得出的可控电流矢量处理，相应地得出瞬时电流位移因子；4)、根据步骤3)得出的瞬时电流位移因子，计算需要的作用时间，对实际电流进行脉宽调制；5)、启动DSP芯片上自带的PWM外设功能，按照预定的电流调控周期ts设置PWM的周期参数，根据步骤4)所述的脉宽调制方法得出的数值设置PWM脉冲宽度，这样在下一个调控周期内不需要DSP干预，PWM外设将根据设定参数通过对逆变电路开关状态的控制自动实现对输出瞬时电流矢量的转移控制，使输出电流跟踪指令电流的变化。

作为进一步的改进，所述的基于瞬时电流直接控制的新型脉宽调制电流跟踪控制方法还包括倍频PWM的控制步骤。所述倍频PWM的控制步骤是在一个周期内控制两个电流位移因子分别交替作用两次，每次作用时间是原来的1/2。

作为进一步的改进，步骤2)所述的可控电流矢量的得出方法为：逆变电路的工作状态1：输出电流为正向、T1管导通，E1放电时设此时E1端电压为Ve1，电网侧电压为Us，输出电流当前数值为ic，T1管导通时间为Trp，可以得出Δic_rp＝((Ve1-Us)/Lc)*Trp；逆变电路的工作状态2：输出电流为正向、T1管关断，设此时E2端电压为Ve2，电网侧电压为Us，输出电流起始数值为ic，T1管不导通时间为Tdp，可以得出Δic_dp＝-((Ve2+Us)/Lc)*Tdp；逆变电路的工作状态3：输出电流为负向、T2管导通，E2放电，设此时E2端电压为Ve2，电网侧电压为Us，输出电流起始数值为ic，T2管导通时间为Trn，可以得出Δic_rn＝-((Ve2+Us)/Lc)*Trn；逆变电路的工作状态4：输出电流为负向、T2管关断，设此时E1端电压为Ve1，电网侧电压为Us，输出电流起始数值为ic，T2管不导通时间为Tdn，可以得出Δic_dn＝((Ve1-Us)/Lc)*Tdn。

作为进一步的改进，步骤3)所述的瞬时电流位移因子的得出方法为定义单位时间内电流矢量的移动距离为瞬时电流位移因子，记为δic，根据步骤2)得出的可控电流矢量的表达式相应地得出一组关于瞬时电流位移因子的定义式：

δic_rp＝(Ve1-Us)/Lc     在输出电流为正、仍需正向增大时选用；

δic_dp＝-(Ve2+Us)/Lc    在输出电流为正、需正向减小时选用；

δic_rn＝-(Ve2+Us)/Lc    在输出电流为负、仍需反向增大时选用；

δic_dn＝(Ve1-Us)/Lc     在输出电流为负、需反向减小时选用。