[发明专利]一种三相双模式逆变器的平滑切换控制方法

摘要

本发明公开了一种三相双模式逆变器的平滑切换控制方法，该方法包括离并网平滑切换控制和离网平滑切换控制两个部分。平滑切换控制环节由软启动虚拟阻抗和单环电流反馈控制构成。当逆变器由离网模式转为并网模式时，引入输出电流相位超前控制和平滑切换控制，抑制逆变器输出电流和入网电流的瞬时冲击，从而大幅削弱逆变器的能量倒灌现象，实现并网平滑切换。当逆变器由并网模式转为离网模式时，仅引入单环电流反馈控制，使入网电流快速减小到零，避免了由电流瞬时不平衡引起的逆变器直流侧电压波动，实现离网平滑切换。本发明解决了微电网逆变器在并网时电流冲击大、在离网时直流侧电压波动等问题，实现了微电网运行模式的平滑切换。

主权项

一种三相双模式逆变器的平滑切换控制方法，适用于微电网双模式逆变器并联系统，所述微电网双模式逆变器并联系统包括多个双模式逆变器、并/离网开关、三相电网和逆变控制电路；所述双模式逆变器包括直流储能电容、三相逆变电路、逆变控制电路、LC滤波电路，所述直流储能电容、三相逆变电路、LC滤波电路依次连接，所述LC滤波电路与线路阻抗连接，所述线路阻抗通过交流母线与并/离网开关连接，所述并/离网开关接入三相电网；所述逆变控制电路包括采样调理电路、锁相环电路、控制器、驱动保护电路；所述采样调理电路输入端与所述LC滤波电路连接；所述控制器与所述驱动保护电路输入端、采样调理电路输出端、锁相环电路输出端连接；所述锁相环电路输入端与所述交流母线连接；其特征在于，该方法包括离网模式转入并网模式平滑切换控制方法和并网模式转入离网模式平滑切换控制方法：所述离网模式转入并网模式平滑切换控制方法包括以下步骤：1)在每个采样周期的起始点，对三相电网电压u_sa、直流储能电容电压u_dc、LC滤波电路电容电压u_oa、u_ob、u_oc，线路电流i_oa、i_ob、i_oc分别进行采样，然后将采样数据送给控制器处理，将LC滤波电路电容电压u_oa、u_ob、u_oc，线路电流i_oa、i_ob、i_oc分别转换为αβ坐标下的LC滤波电路电容电压u_oα、u_oβ和线路电流i_oα、i_oβ；2)对LC滤波电路电容电压u_oa、u_ob、u_oc与线路电流i_oa、i_ob、i_oc进行功率计算，得到双模式逆变器的有功功率P和无功功率Q；由u_oa、u_ob计算出三相电网线电压幅值3)通过锁相环检测三相电网电压u_sa的实时相位和三相电网电压角频率ω_o；将三相电网电压实时相位与超前控制相位δ相加，得到双模式逆变器输出电压参考相位δ＝δ₀±△δ，δ₀取值范围为0.0001～0.15；△δ为相位补偿参数，$\mathrm{\Δ\δ}=\arctan \frac{I_{o1}{X}^{\text{'}}+I_{s1}{X}^{\text{'}\text{'}}}{U_o+I_{o1}{R}^{\text{'}}+I_{s1}{R}^{\text{'}\text{'}}}-\arctan \frac{I_{o2}{X}^{\text{'}}+I_{s2}{X}^{\text{'}\text{'}}}{U_o+I_{o2}{R}^{\text{'}}+I_{s2}{R}^{\text{'}\text{'}}};$其中，I_o1、I_s1分别为功率变化后双模式逆变器的输出电流有效值和入网电流有效值，I_o2、I_s2为功率变化前双模式逆变器的输出电流有效值和入网电流有效值，R'、X'分别为双模式逆变器到交流母线的线路阻抗和感抗，R"、X"分别为本地负载到交流母线的线路阻抗和感抗；4)给定线路电流的参考峰值为I^*，得到在αβ坐标下的线路电流参考值i_α^*、i_β^*：其中，t为采样时间；5)对i_α^*与i_oα的差值进行比例调节P控制，得到输出变量u_α^*；对i_β^*与i_oβ的差值进行比例调节P控制，得到输出变量u_β^*；6)引入参考电压反馈环节k_V·u_oα、k_V·u_oβ，其中，k_V为电压反馈系数，取值范围为0.01～2，将k_V·u_oα与输出变量u_α^*相加得到三相逆变电路功率器件控制量d′_α，将k_V·u_oβ与输出变量u_β^*相加得到三相逆变电路功率器件控制量d′_β；7)对d′_α、d′_β进行坐标反变换，得到abc坐标下的三相逆变电路功率器件控制量d_a′、d_b′、d_c′；8)将SPWM调制波信号d_a′、d_b′、d_c′与三角载波进行双极性调制，得到三相逆变电路功率器件的占空比信号，经驱动保护电路，控制功率器件的开通与关断。9)当i_oa、i_ob、i_oc某相电流过零时，将双模式逆变器输出电压幅值参考值U^*、角频率参考值ω^*、双模式逆变器的有功功率P、无功功率Q、以及电压参考相位送入功率下垂控制器中，合成αβ坐标下双模式逆变器输出电压参考值u_refα、u_refβ；其中，ω^*＝ω₀，U^*＝U_s^*；10)引入软启动虚拟阻抗Z_V对双模式逆变器输出电压参考值u_refα、u_refβ进行修正，即将输出电压参考值u_refα^*、u_refβ^*减去线路电流i_oα、i_oβ与软启动虚拟阻抗Z_V的乘积，得到LC滤波电容电压参考值u_refα、u_refβ：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{ref\α}}={u_{\mathrm{ref\α}}}^{*}-Z_V{i}_{\mathrm{o\α}}\\ u_{\mathrm{ref\β}}={u_{\mathrm{ref\β}}}^{*}-Z_V{i}_{\mathrm{o\β}}\end{array}\right.;$11)将LC滤波电容电压参考值u_refα、u_refβ与LC滤波电路电容电压u_oα、u_oβ、线路电流i_oα、i_oβ送入电压电流双环控制器，得到功率器件控制量d_α、d_β；将d_α、d_β进行坐标变换，得到切换控制时abc坐标下的功率器件控制量d_a、d_b、d_c；12)SPWM调制波驱动功率器件的开通与关断；13)当软启动虚拟阻抗自然衰减至零时，平滑切换完成，双模式逆变器控制系统进入并网稳态；所述并网模式转入离网模式平滑切换控制方法包括以下步骤：1)在每个采样周期的起始点，对电网电压u_sa，直流储能电容电压u_dc，LC滤波电路电容电压u_oa、u_ob、u_oc，线路电流i_oa、i_ob、i_oc分别进行采样，然后将采样数据送给控制器处理，将LC滤波电路电容电压u_oa、u_ob、u_oc，线路电流i_oa、i_ob、i_oc分别转换为αβ坐标下的LC滤波电路电容电压u_oα、u_oβ和线路电流i_oα、i_oβ；2)对LC滤波电路电容电压u_oa、u_ob、u_oc与线路电流i_oa、i_ob、i_oc进行功率计算，得到双模式逆变器的有功功率P和无功功率Q；3)离网切换延时T_i计时开始，给定线路电流参考信号峰值I^*和参考频率ω₀′，生成电流参考信号为：4)对i_αr^*与i_oα的差值进行比例调节P控制，得到输出变量u_αr^*；对i_βr^*与i_oβ的差值进行比例调节P控制，得到输出变量u_βr^*；5)引入参考电压反馈环节k_V·u_oα、k_V·u_oβ，将k_V·u_oα与所述输出量u_αr^*相加，得到三相逆变电路功率器件控制量d_α''，将k_V·u_oβ与所述输出量u_βr^*相加，得到三相逆变电路功率器件控制量d_β''；6)对d_α''、d_β''进行坐标变换，得到切换控制时abc坐标下的功率器件控制量d_aα'、d_bα'、d_cα'；7)将d_aα'、d_bα'、d_cα'与三角载波进行双极性调制，得到功率器件的占空比信号，经驱动保护电路，控制功率器件的开通与关断；8)离网切换延时T_i时间到，记录该时刻电压参考相位T_i＝0.01～0.1s；9)将双模式逆变器输出电压幅值参考值U_r^*、角频率参考值ω_r^*、有功功率P、无功功率Q、电压参考相位送入功率下垂控制器中，合成αβ坐标下输出电压参考值u_refα、u_refβ；其中，ω_r^*＝ω_o'，U_r^*为离网稳态给定值；10)进入离网稳态。