一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法.pdf

本发明公开了一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法，具体按照以下方法实施：采集逆变器滤波电容电压Ux；将电压参考值Urefx与逆变器滤波电容电压Ux分别进行相减，得到电压误差值ΔUx；将电压误差值ΔUx经改进比例复数积分控制器进行调节，得到电流参考值irefx；将电流参考值irefx与电容电流iCx相减，得到电流误差Δix；电流误差Δix经电流调节器调节产生调制信号；调制信号经调制模块产生开关控制信号，从而对逆变器进行控制。本发明的一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法，解决了现有技术中存在的非线性负载下，电压畸变造成电压总谐波失真的问题。

1.  一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法，其特征在于，基于一种微电源控制系统，所述微电源控制系统包括与直流电源连接的逆变器，所述逆变器的每一相输出分别与LC滤波电路连接，所述LC滤波电路均通过公共母线和负载连接；所述逆变器包括单相逆变器和三相逆变器；
具体按照以下方法实施：
步骤1，采集逆变器滤波电容电压U_x，其中x＝(a，b，c)，当逆变器为单相逆变器时，逆变器滤波电容电压为U_a；当逆变器为三相逆变器时，则逆变器滤波电容电压为U_a，U_b，U_c；
步骤2，将电压参考值U_refx与逆变器滤波电容电压U_x分别进行相减，得到电压误差值ΔU_x；
步骤3，将电压误差值ΔU_x经改进比例复数积分控制器进行调节，得到电流参考值i_refx；
步骤4，将电流参考值i_refx与电容电流i_Cx相减，得到电流误差Δi_x；
步骤5，电流误差Δi_x经电流调节器调节产生调制信号；
步骤6，调制信号经调制模块产生开关控制信号，从而对逆变器进行控制。

2.  根据权利要求1所述的一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法，其特征在于，当逆变器为单相逆变器时，所述步骤3中比例复数积分控制器的控制方式为：
将电压误差值ΔU_α，即x_α代入传递函数式中得到y_α，即得到电流参考值，传递函数式如下：

式中，ω₀为系统工作基频，ω_c为调整的频率带宽，ω_c＝2.5rad/s，k_p为比例系数，k_i为积分系数；
公式(1)中，mβ=(xβ-mαω02kiωc)·2kiωcs+2ωc;---(2)]]>
公式(2)中，mα=(xα-mβω02kiωc)·2kiωcs+2ωc.---(3)]]>

3.  根据权利要求1所述的一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法，其特征在于，当逆变器为三相逆变器时，所述步骤3中比例复数积分控制器的控制方式为：
步骤A，将三相电压误差值ΔU_a、ΔU_b和ΔU_c分别经过3/2静止坐标进行abc/αβ变换得到x_α和x_β；
步骤B，将步骤A中得到的x_α和x_β分别代入公式(4)和公式(5)中，则可得到y_α，y_β；具体如下：
yα=(xα-mβω02kiωc)·2kiωcs+2ωc+xα·kp;---(4)]]>
yβ=(xβ-mαω02kiωc)·2kiωcs+2ωc+xβ·kp;---(5)]]>
公式(4)中，mβ=(xβ-mαω02kiωc)·2kiωcs+2ωc;]]>
公式(5)中，mα=(xα-mβω02kiωc)·2kiωcs+2ωc;]]>
步骤C，将步骤B中得到的y_α和y_β经过αβ/abc变换得到三相电流给定值i_refa，i_refb和i_refc。

4.  根据权利要求2所述的一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法，其 特征在于，根据根轨迹法或频率法来设计k_p，k_i。

5.  根据权利要求1至4中任意一项所述的一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法，其特征在于，所述步骤5中电流调节器为纯比例或比例积分控制方式。

一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法
技术领域
本发明属于微电网离网模式下分布式电源发电技术领域，涉及一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法。
背景技术
随着科学技术的发展，生产、生活各部门都大量地使用各种敏感的电子部件，社会生活的正常运转须依赖于电力的供应。供电中断造成的损失将越来越大，因而对设备电源的供电质量要求也随之不断地提高。逆变电源为解决目前存在的供电质量问题提供了一种有效的途径，基于分布式发电构成的微电网系统也越来越受到关注。
由于微网负荷中包含多种电力电子开关型电源装置，如变频调速装置、整流设备等，这些设备会在运行中产生大量的谐波，这些谐波会使供电电源污染，造成供电质量下降，波及到其他同源负载，使其不能稳定工作。因此设计逆变器时必须对非线性负载加以考虑，并采用有效的控制策略控制逆变器输出电压的正弦度。PI控制器在基波频率处的增益为有限值，比例复数积分控制器在基波处的增益趋近于无穷大，可以实现对某一固定频率正弦指令信号的无静差跟踪控制。在实际系统中，由于比例复数积分的带宽过低，只有在基波频率处的增益趋于无穷，在基波频率附近增益很小，当实际系统电压频率波动时不能达到很好的控制效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法，解决了现有技术中存在的非线性负载下，电压畸变造成电压总谐波失真的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法，基于一种微电源控制系统，微电源控制系统包括与直流电源连接的逆变器，逆变器的每一相输出分别与LC滤波电路连接，LC滤波电路均通过公共母线和负载连接；逆变器包括单相逆变器和三相逆变器；
具体按照以下方法实施：
步骤1，采集逆变器滤波电容电压U_x，其中x＝(a，b，c)，当逆变器为单相逆变器时，逆变器滤波电容电压为U_a；当逆变器为三相逆变器时，则逆变器滤波电容电压为U_a，U_b，U_c；
步骤2，将电压参考值U_refx与逆变器滤波电容电压U_x分别进行相减，得到电压误差值ΔU_x；
步骤3，将电压误差值ΔU_x经改进比例复数积分控制器进行调节，得到电流参考值i_refx；
步骤4，将电流参考值i_refx与电容电流i_Cx相减，得到电流误差Δi_x；
步骤5，电流误差Δi_x经电流调节器调节产生调制信号；
步骤6，调制信号经调制模块产生开关控制信号，从而对逆变器进行控制。
本发明的特点还在于，
步骤3中比例复数积分控制器的控制方式为：
将电压误差值ΔU_a，即x_α代入传递函数式(1)中得到y_α，即得到电流参考值：
yα=(xα-mβω02kiωc)·2kiωcs+2ωc+xα·kp;---(1)]]>
式中，ω₀为系统工作基频，ω_c为调整的频率带宽，根据电网允许波动范围即ω_c＝2.5rad/s，有k_p为比例系数，k_i为积分系数；
公式(1)中，mβ=(xβ-mαω02kiωc)·2kiωcs+2ωc;---(2)]]>
公式(2)中，mα=(xα-mβω02kiωc)·2kiωcs+2ωc;---(3)]]>
当逆变器为三相逆变器时，步骤3中比例复数积分控制器的控制方式为：
步骤A，将三相电压误差值ΔU_a、ΔU_b和ΔU_c分别经过3/2静止坐标进行abc/αβ变换得到x_α和x_β；
步骤B，将步骤A中得到的x_α和x_β分别代入公式(4)和公式(5)中，则可得到y_α，y_β；具体如下：
yα=(xα-mβω02kiωc)·2kiωcs+2ωc+xα·kp;---(4)]]>
yβ=(xβ+mαω02kiωc)·2kiωcs+2ωc+xβ·kp;---(5)]]>
公式(4)中，mβ=(xβ-mαω02kiωc)·2kiωcs+2ωc;]]>
公式(5)中，mα=(xα-mβω02kiωc)·2kiωcs+2ωc;]]>
步骤C，将步骤B中得到的y_α和y_β经过αβ/abc变换得到三相电流给定值i_refa，i_refb和i_refc。
根据根轨迹法或频率法来设计k_p，k_i。
步骤5中电流调节器为纯比例或比例积分控制方式。
本发明的有益效果是电压控制器采用比例复数积分控制器，并对比例复 数积分控制器的传递函数进行改进，增大了比例复数积分控制器的带宽，从而使系统具有良好的稳态性能和抗干扰性能，解决实际系统电压频率波动的问题；从而可提高非线性负载下，逆变电源电压波形质量问题。
附图说明
图1是本发明一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法中单相逆变器的电路结构图；
图2是本发明一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法中三相逆变器的电路结构图；
图3是本发明一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法的原理框图；
图4是本发明的方法中针对单相逆变器的控制方法的原理框图；
图5是本发明的方法中针对三相逆变器的控制方法的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的原理为：针对比例复数积分控制方法进行改进，改进后的传递函数为以该改进后的传递函数为理论依据，来设定比例复数积分控制器的带宽，从而增大带宽。
本发明一种抑制电压谐波的逆变器电压控制方法，基于一种微电源控制系统，该微电源控制系统包括与直流电源连接的逆变器，该逆变器的每一相输出分别与LC滤波电路连接，该LC滤波电路均通过公共母线和负载连接；
逆变器包括单相逆变器和三相逆变器，单相逆变器的电路结构如图1所示，直流母线经单相逆变器后通过滤波电感L_a输出电流i_La，再经滤波电容C_a后得到单相逆变器输出电压U_a，再为本地负载供电。本地负载可以是电阻、 电容、电感组成的线性单相负载或由二极管整流器等电力电子装置组成的非线性单相负载；
三相逆变器的电路结构如图2所示，直流母线经三相两电平逆变器后通过三相滤波电感L_a、L_b、L_c得到三相输出电流i_La、i_Lb、i_Lc，再经滤波电容C_a、C_b、C_c后得到逆变器三相输出相电压U_a、U_b、U_c。该三相输出相电压U_a、U_b、U_c连接到本地负载上，本地负载可以是电阻、电容、电感组成的线性负载或由二极管整流器等电力电子装置组成的非线性负载；
如图3所示，并按照以下步骤实施：
步骤1，采集逆变器滤波电容电压U_x，其中x＝(a，b，c)，当逆变器为单相逆变器时，逆变器滤波电容电压为U_a；当逆变器为三相逆变器时，则逆变器滤波电容电压为U_a，U_b，U_c；
步骤2，将电压参考值U_refx与逆变器滤波电容电压U_x分别进行相减，得到电压误差值ΔU_x；
当逆变器为三相逆变器时，则逆变器滤波电容电压为U_a，U_b，U_c，此时，ΔU_x包括三种情况，即ΔU_a＝U_refa-U_a，ΔU_b＝U_refb-U_b，ΔU_c＝U_refc-U_c；当逆变器为单相逆变器时，则逆变器滤波电容为U_a，此时，ΔU_x只有一种情况，即ΔU_a＝U_refa-U_a；
步骤3，将电压误差值ΔU_x经比例复数积分控制器进行调节，得到电流参考值i_refx；
步骤3中比例复数积分控制器包括两种控制方式，分别为：
当逆变器为单相逆变器时，控制方法如图4所示，具体为：
将电压误差值ΔU_a，即x_α代入式(1)中得到y_α，即得到电流参考值：
yα=(xα-mβω02kiωc)·2kiωcs+2ωc+xα·kp;---(1)]]>
式中，ω₀为系统工作基频，ω_c为调整的频率带宽，根据电网允许波动范围即ω_c＝2.5rad/s，有k_p为比例系数，k_i为积分系数；其中k_p，k_i的设计方法可根据根轨迹法、频率法等；
公式(1)中，mβ=(xβ-mαω02kiωc)·2kiωcs+2ωc;---(2)]]>
公式(2)中，mα=(xα-mβω02kiωc)·2kiωcs+2ωc;---(3)]]>
当逆变器为三相逆变器时，控制方法如图5所示，具体为：
步骤A，将三相电压误差值ΔU_a、ΔU_b和ΔU_c分别经过3/2静止坐标进行abc/αβ变换得到x_α和x_β；
步骤B，将步骤A中得到的x_α和x_β分别代入公式(4)和公式(5)中，则可得到y_α，y_β；具体如下：
yα=(xα-mβω02kiωc)·2kiωcs+2ωc+xα·kp;---(4)]]>
yβ=(xβ+mαω02kiωc)·2kiωcs+2ωc+xβ·kp;---(5)]]>
公式(4)中，mβ=(xβ-mαω02kiωc)·2kiωcs+2ωc;]]>
公式(5)中，mα=(xα-mβω02kiωc)·2kiωcs+2ωc;]]>
步骤C，将步骤B中得到的y_α和y_β经过αβ/abc变换得到三相电流给定值i_refa，i_refb和i_refc；
步骤4，将电流参考值i_refx与电容电流i_Cx相减，得到电流误差Δi_x；
步骤5，电流误差Δi_x经电流调节器调节产生调制信号；
步骤5中电流调节器为纯比例或比例积分控制方式；
步骤6，调制信号经调制模块产生开关控制信号，从而对逆变器进行控制。
本发明通过在比例复数积分控制器的传统的传递函数中加入另一控制参数ω_c，控制参数ω_c不仅影响比例复数积分控制器的带宽，还影响比例复数积分控制器的增益，即随着ω_c的增加，比例复数积分控制器的带宽和非基波频率处的增益都增大，基波频率处的增益不变。最后再根据电网频率允许波动范围，设计比例复数积分控制器的频率带宽，使由非线性负载下微电源逆变器的电压波形质量得到提高。