[发明专利]电感不平衡条件下三相PWM并网逆变器的解耦控制方法

权利要求书

1.电感不平衡条件下三相PWM并网逆变器的解耦控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤一、利用电压传感器获得电网三相电压信号u_ga、u_gb和u_gc，利用电流传感器获得逆变器交流侧三相电流信号i_a、i_b和i_c；将获得的电网三相电压信号经Clark变换和Park变换获得两相同步旋转坐标系下的电网电压信号u_gd和u_gq，将获得的逆变器交流侧三相电流信号经Clark变换和Park变换获得两相同步旋转坐标系下的交流侧电流信号i_d和i_q；

步骤二、根据逆变器在三相静止坐标系下的数学模型，且当在逆变器交流侧三相电感不平衡时，建立逆变器在两相同步旋转坐标系下的数学模型；

步骤三、根据步骤二建立的数学模型，建立两相同步旋转坐标系的d轴和q轴有效解耦的电流环控制器，其输入为交流侧两相电流信号和电网电压信号，输出为两相同步旋转坐标系下逆变器交流侧电压给定值u_{d_ref}和u_{q_ref}，根据建立的电流环控制器在电感不平衡条件下进行三相PWM并网逆变器的解耦控制。

2.根据权利要求1所述的电感不平衡条件下三相PWM并网逆变器的解耦控制方法，其特征在于，

所述步骤二中，根据逆变器在三相静止坐标系下的数学模型，且当在逆变器交流侧三相电感不平衡时，建立逆变器在同步旋转坐标系下的数学模型的方法为：

所述逆变器在三相静止坐标系下的数学模型为：

Ladiadt+Raia=uga-ua+uONLbdibdt+Rbib=ugb-ub+uONLcdicdt+Rcic=ugc-uc+uON]]> 公式1

其中，L_a、L_b、L_c为逆变器交流侧的三相电感，R_a、R_b、R_c为线路中的三相电阻，u_ga、u_gb、u_gc为电网三相电压，u_a、u_b、u_c为逆变器交流侧三相电压，u_ON为逆变器交流侧中性点与直流侧负极之间的电位差；

将所述数学模型写成矩阵形式为：

Lap+Ra000Lap+Rb000Lcp+Rciaibic=ugaugbugc-uaubuc+uONuONuON]]> 公式2

利用坐标变换，将公式2在三相静止坐标系下的交流量转换到两相同步旋转坐标系下，即：

xdxq=Ts-rxaxbxc]]> 公式3

其中，T_s-r为对应的变换矩阵，[x_ax_bx_c]^T为三相静止坐标系下的电压量或电流量，[x_dx_q]^T为两相同步旋转坐标系下对应的d轴和q轴的直流量；

Ts-r=23cosωtcos(ωt-2π/3)cos(ωt+2π/3)-sinωt-sin(ωt-2π/3)-sin(ωt+2π/3),]]>ω为电网角频率，ωt为电网电压的相位角；

利用反变换矩阵将两相同步旋转坐标系下的直流量转换为三相静止坐标系下的交流量，即：xaxbxc=Ts-r-1xdxq---(4)]]>

其中，

Ts-r-1=cos-sinωtcos(ωt-2π/3)-sin(ωt-2π/3)cos(ωt+2π/3)-sin(ωt+2π/3)]]>

结合公式2、公式3和公式4，得到当在逆变器交流侧三相电感不平衡时，建立逆变器在两相同步旋转坐标系下的数学模型：

(Lm+13Lcos2n-Lsin2n29Lm-3Lcos2n)diddt+(Rm+13Rcos2n+Lsin2nRsin2n9Lm-3Lcos2n)id-[ω(Lm+13Lcos2n)-Rsin2n3-(Rm-13Rcos2n+ω3Lsin2n)Lsin2n3Lm-Lcos2n]iq=ugd-ud+Lsin2n3Lm-Lcos2n(ugq-uq)(Lm-13Lcos2n-Lsin2n29Lm+3Lcos2n)diqdt+(Rm-13Rcos2n-Lsin2nRsin2n9Lm-Lcos2n)iq+[ω(Lm-13Lcos2n)-Rsin2n3-(ω3Lsin2n-Rm-13Rcos2n)Lsin2n3Lm+Lcos2n]id=Lsin2n3Lm+Lcos2n(ugd-ud)+ugq-uq]]> 公式5

其中，u_d和u_q分别为逆变器交流侧电压信号在两相同步旋转坐标系下d轴和q轴分量；L_m与R_m分别为逆变器三相电感平均值和三相电阻平均值，L_cos2n与R_cos2n分别为三相电感和三相电阻的二次余弦量之和，L_sin2n与R_sin2n分别为三相电感和三相电阻的二次正弦量之和，即：L_m＝(L _a+L _b+L_c)/3，

L_cos2n＝L_acos2ωt+L_bcos(2ωt+2π/3)+L_ccos(2ωt-2π/3)，

L_sin2n＝L_asin2ωt+L_bsin(2ωt+2π/3)+L_csin(2ωt-2π/3)，

R_m＝(R _a+R _b+R_c)/3，

R_cos2n＝R_acos2ωt+R_bcos(2ωt+2π3)+R_ccos(2ωt-2π/3)，

R_sin2n＝R_asin2ωt+R_bsin(2ωt+2π/3)+R_csin(2ωt-2π/3)；

当R_m＝R_a＝R_b＝R_c，此时有R_cos2n＝R_sin2n＝0，公式5变为：

(Lm+13Lcos2n-Lsin2n29Lm-3Lcos2n)diddt+Rmid-[ω(Lm+13Lcos2n-Lsin2n29Lm-3Lcos2n)-Lsin2n3Lm-Lcos2nRm]iq=ugd-ud+Lsin2n3Lm-Lcos2n(ugq-uq)(Lm-13Lcos2n-Lsin2n29Lm+3Lcos2n)diqdtRmiq+[ω(Lm-13Lcos2n-Lsin2n29Lm+3Lcos2n)+Lsin2n3Lm+Lcos2n]id=Lsin2n3Lm+Lcos2n(ugd-ud)+ugq-uq]]> 公式6；

在公式6中，令

λqd=Lsin2n3Lm-Lcos2n,λdq=Lsin2n3Lm+Lcos2n,]]>

Zd=(Lm+13Lcos2n-Lsin2n29Lm-3Lcos2n)p+Rm,]]>

Zq=(Lm+13Lcos2n-Lsin2n29Lm-3Lcos2n)p+Rm,]]>

Zqd=ω(Lm+13Lcos2n-Lsin2n29Lm-3Lcos2n)-Lsin2n3Lm-Lcos2nRm,]]>

Zdq=ω(Lm+13Lcos2n-Lsin2n29Lm-3Lcos2n)-Lsin2n3Lm-Lcos2nRm,]]>

其中p为微分算子，λ_qd和λ_dq分别为两相同步旋转坐标系下d轴和q轴电压耦合系数，Z_d和Z_q分别为两相同步旋转坐标系下d轴和q轴的电感阻抗，Z_qd和Z_dq分别为两相同步旋转坐标系下q轴对d轴的耦合阻抗和d轴对q轴的耦合阻抗；故逆变器在两相同步旋转坐标系下的数学模型为：Zdid-Zqdiq=ugd-ud+λqd(uqg-uq)Zqiq+Zdqid=λdq(ugd-ud)+ugq-uq]]> 公式7。

3.根据权利要求2所述的电感不平衡条件下三相PWM并网逆变器的解耦控制方法，其特征在于，

步骤三中，根据步骤二建立的数学模型，建立两相同步旋转坐标系的d轴和q轴有效解耦的电流环控制器的方法为：

根据电感不平衡条件下逆变器在两相同步旋转坐标系下的数学模型，得到：

ud=ugd+11-λdqλqd[(Zqd+λqdRm)+λqd(Zq-Rm)]iq-Zd-λqdZdq1-λdqλqdiduq=ugq-11-λdqλqd[(Zdq-λdqRm)+λdq(Zd-Rm)]iq-Zq+λdqZqd1-λdqλqdid]]> 公式8

在建立两相同步旋转坐标系下d轴电流环控制器时，忽略q轴电流的动态过程；在建立两相同步旋转坐标系下q轴电流环控制器时，忽略d轴电流的动态过程，则两相同步旋转坐标系下电流环控制器为：

ud_ref=ugd+(Zqd+λqdRm)iq+λqdZqdid1-λqdλdq-(kp+kis)(id_ref-id)uq_ref=ugq-(Zdq-λdqRm)id+λdqZdqiq1-λqdλdq-(kp+kis)(iq_ref-iq)]]> 公式9

其中，k_i为积分系数，k_p为比例系数，s为拉普拉斯算子，i_{d_ref}和i_{q_ref}分别为逆变器交流侧电流d轴和q轴分量给定值；

因为三相电感之间的不平衡度在50％以内，此时，|λ_qdλ_dq|＜＜1，根据公式9，得到最终的两相同步旋转坐标系的d轴和q轴有效解耦的电流环控制器为：

ud_ref=ugd+(Zqd+λqdRm)iq+λqdZqdid1-λqdλdq-(kp+kis)(id_ref-id)uq_ref=ugq-(Zdq-λdqRm)id-λdqZqdiq-(kp+kis)(iq_ref-iq)]]> 公式10。