[发明专利]一种基于正交正弦波提取器的并网逆变控制算法

说明书

技术领域

本发明属于并网逆变器控制技术领域，可应用于光伏、风电等新能源发电系统中。

背景技术

近年来，光伏、风电等新能源电力大规模入网，新能源发电占总发电量的比重以达到不可忽略的程度，并继续上升。如果入网电能质量不高则对整个电力系统造成不良影响。向电网输送的电能稳定而纯净才能使新能源真正造福人类。光伏和风电等一般需通过逆变器向电网输送能量，这一方面要求逆变器有较高的电网适应性，在电网电压谐波较重的情况下依然可以并网运行。另一方面，要求逆变器本身发出的电流谐波含量低，不至于进一步影响电网。这就要求并网逆变器电流控制具有良好的性能。

三相全控桥形式的并网逆变器具有功率因数可调等优点，是目前大功率并网逆变系统的普遍选择。该电路主要由6个IGBT及其反并联的二极管组成，每两个IGBT串联成一个桥。控制器需给每个IGBT发出控制信号，不同的驱动电平占空比可使得三相全控桥工作在整流、逆变、发无功、吸无功等多种状态。虽然该电路拓扑已经得到大规模应用，但是其控制性能还有待提高。目前，三相并网逆变器主流的电流控制方法有采用旋转坐标系下的比例积分控制和静止坐标系下的比例谐振控制两类。前者利用三相交流量在旋转坐标系下为直流量的特点，采用比例积分控制器便能实现电流的无静差跟踪，但其缺点是每个控制周期都需要进行正向旋转变换和反向旋转变换，其中涉及三角函数运算，算法执行时间较长。后者能直接在静止坐标系中实现对交流量的无静差跟踪，节省了实时旋转变换，但其主要缺点是设计有效的比例谐振控制器是很困难的，传统的设计方法是在连续域下确定滤波带宽等性能后，再离散化到数字控制系统中，离散化过程必然带来信号的相移，影响控制性能。

本发明为弥补比例谐振控制的一些缺陷，设计一种新型并网逆变电流控制算法。

发明内容

为克服以上不足，本发明提供了一种基于正交正弦波提取器的并网逆变控制算法。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于正交正弦波提取器的并网逆变控制算法，其特征是包括有正交正弦波提取器，所述正交正弦波提取器定义为如下的离散状态方程：

         （1）

其中为正交正弦波提取器的输出结果，初始条件可取为，；为待提取的正弦信号角频率，这里称之为中心频率；称为遗忘因子，起到控制滤波带宽的作用；

然后利用正交正弦波提取器实现了交流电流给定计算，在静止坐标系下实现对电流基波分量的无静差跟踪，并降低3，5，7次谐波的含量。

作为一种改进，所述利用正交正弦波提取器实现了交流电流给定计算由以下步骤实现：

余弦为，正弦为，u_α,u_β对应于，为正交正弦波提取器的输出结果； 为有功电流给定，为无功电流给定。

作为一种改进，对交流电流给定计算值与采用值之间的电流误差中的基波分量进行控制，从而在静止坐标系下实现对电流基波分量的无静差跟踪，同时对交流电流给定值与采样值之间的电流误差中的3，5，7次等谐波分量进行控制，降低3，5，7次等谐波的含量，具体步骤如下：

u_α为电压采集值， e_αi(n)为基波误差， ，，为电感；

k_ri为其它各次谐波控制系数，可采用由小到大试加的方法，太大的谐波控制系数会使系统不稳定，加到5-10倍的比例系数则足以达到满意的谐波抑制效果。

QSE具有以下两个特性：

1）、正交性

设输入变量为中心频率的正弦信号，则可算出稳态时是与输入相等的，没有任何幅值变化和相位偏移，而滞后90度，即相互正交的。

2）、选频性

QSE的输入对不同频率输入信号的衰减和相移是不同的。可画出QSE的幅频特性和相频特性，如图2所示。从图中可看出，在正负中心频率处的幅值特性为1，相移为0，说明它对中心频率没有幅值衰减和相移。而对其它频率则具有很大的衰减和相移，离中心频率越远衰减越大。所以对具有带通滤波作用，或者说具有选频性。遗忘因子起到控制带宽的作用，遗忘因子越接近于1，通频带越窄，越接近0，则通频带越宽。

QSE不仅可将中的中心频率正弦信号提取出来，而且能将与信号相位滞后90度的信号也同时提取出来，故称其为正交正弦波提取器。

附图说明

图1本发明的QSE原理图。

图2本发明的QSE的幅频特性和相频特性。