[发明专利]一种带电压补偿的并网逆变器直接功率控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电网变换器控制技术，具体涉及一种带电压补偿的并网逆变器直接功率控制方法。

背景技术

随着光伏发电、风力发电、海浪发电等可再生资源的不断应用，分布式发电系统成为近年来研究的重点，受到广泛关注。并网逆变器作为可再生能源发电系统的关键组成部分，其控制性能直接影响并网电能质量和并网效率。

为了实现正弦逆变，直流母线电压需在一个合理的水平上保持相对稳定。直流母线电压太高对器件(母线电容，逆变开关管等)的耐压性能要求就高，成本大大增加；直流母线电压太低，可能导致SPWM调制比大于1，不能实现正弦逆变。对于并网型光伏逆变器，直流母线电压的稳定有赖于直流源输入电能和逆变输出电能的平衡，要做到实际直流源输入电能大于逆变输出电能，则母线电压升高，反之，则母线电压降低。但是，要做到实际直流源输入功率和交流输出功率的完全平衡非常困难，这是因为：1、直流源输入电流为周期性脉动直流电流，处理器采样时刻不同，得到的电流也不同，依据该采样电流计算得到的直流源输入功率也不同；2、逆变器工作时，由于有多个功率电子器件，例如绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管，工作在数千赫兹频率以上，测量电路容易受到开关噪声的干扰，直流源输入电压或电流信号的测量结果容易产生误差；3、电路中功率开关器件会产生损耗，而且这种损耗并非定值，难以确定。所以，并网型光伏逆变器直流源输入电能和逆变输出电能实际上很难保证严格平衡，这种情况下，直流母线电压就会有波动。在现有逆变器控制策略中，有学者提出利用逆变器桥臂电流间接控制其入网电流的方法，该方法改善了系统的稳定性，但不能保证入网电流波形品质。随后，很多学者开始研究采用直接入网电流控制的双闭环控制方法，外环采用入网电流闭环，内环分别采用电容电流反馈、电容电压反馈、桥臂电流闭环等阻尼方案。上述双闭环控制方案，通过内环抑制系统振荡，提高系统稳定性；然而，各方案中内外环设计存在耦合，影响系统控制性能；且这些方案需要增加额外的传感器，增加了系统硬件成本。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种带电压补偿的并网逆变器直接功率控制方法，在不增加额外成本的前提下，减小母线电容电压波动的幅度，提高电路的稳定性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种带电压补偿的并网逆变器直接功率控制方法，涉及的并网逆变器控制结构包括依次相连的直流电源、升压电路、逆变桥、滤波器和电网，在升压电路和逆变桥之间连接有母线电容，母线电容跨接在升压的电路的两个输出端之间；其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)利用电流传感器检测网侧电流i_L2，利用电压传感器检测电网电动势e_a,b,c，通过锁相环PLL计算得到相角θ；

(2)基于网侧电流i_L2和电网电动势e_a,b,c，通过基于内膜的状态观测器得到观察状态量，包括：观测桥臂电流观测直流母线电压和观测桥臂电压

(3)根据观测桥臂电压和观测桥臂电流计算瞬时有功功率p和瞬时无功功率q；

(4)基于观测直流母线电压和直流母线电压给定通过母线电压补偿得到有功功率给定p^*；

(5)对瞬时有功功率p和有功功率给定p^*作差得到有功功率误差信号e_p＝p^*-p，对瞬时无功功率q和无功功率给定q^*作差得到无功功率误差信号e_q＝q^*-q；

(6)通过PI调节器对有功功率误差信号e_p和无功功率误差信号e_q进行闭环处理，再经过dq/αβ变换并结合相角θ得到电压控制信号和

(7)通过电压控制信号和得到逆变桥的SVPWM的控制信号U_i。

具体的，所述步骤(2)中的基于内膜的状态观测器的工作过程包括如下步骤：

(21)选择直流母线电压U_dc、电网电动势e_a,b,c和网侧电流i_L2作为状态量，将电网电动势e_a,b,c和网侧电流i_L2作为输入量，利用式(1)得到并网逆变器系统离散状态空间方程：