[发明专利]一种并网逆变器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力技术控制领域，特别是涉及一种并网逆变器控制方法。

背景技术

光伏、风力等并网发电系统主要由光伏阵列、风机和并网逆变器等组成，在可调度式系统中，还会配备蓄电池作为储能设备。并网发电系统通过配合容量适合的逆变器接到公共电网上，在白天日照充足情况下，出了提供本地负载，多余点了可以提供给公共电网，夜间或阴天情况，本地负载则直接从电网获取所需电能。

结合PWM控制技术的逆变器称为PWM逆变器，PWM逆变器经过30多年的探索和研究，取得了很大的进展，其主电路从早期的半控型器件桥路发展到如今的全控型器件桥路；其拓扑结构从单相、三相电路发展到多相组合及多电平拓扑电路；PWM开关控制由单纯的硬件开关调制发展到软开关调制，功率等级也从千瓦级发展到兆瓦级，随着PWM逆变器技术的发展，已经设计出多种PWM逆变器，具体有如下几种类型：

按照电网相数分类：单相电路，三相电路，多相电路；

按照PWM开关调制分类：硬开关调制，软开关调制；

按照桥路结构分类：半桥结构，全桥结构；

按照调制电平分类：二电平，三电平电路，多电平电路；

根据直流储能元件的不同，PWM逆变器又分为电压型PWM逆变器和电流型PWM逆变器。电压型、电流型PWM逆变器，无论是在主电路结构、PWM信号发生以及控制策略等方面均有各自的特点，并且两者间存在电路上的对偶性。其他分布方法就主电路拓扑结构而言，均可归类于电流型或电压型PWM逆变器。

并网逆变器是并网系统的很重要的一个部分，它分电压源型和电流源型两 种。电压源型PWM并网逆变器技术比较成熟，由于其很好的双向并网逆变能力，因而被广泛的应用于并网发电中。但电压型并网逆变器工作的直流侧电压必须高于电网电压峰值且保持恒值不变，所以中间要加升压斩波器，这样无疑会增加系统成本，并降低系统的效率。而三相电流型PWM并网逆变器无需升压电路，直接利用电流型PWM并网逆变器自身特点即可解决直流侧电压低的并网问题，提高了系统效率，节约了成本。

电流型PWM逆变器的控制策略包括：

1)间接电流控制

间接电流控制的基本思路是通过控制逆变器输入电压基波的幅值和相位，间接的控制输出电感电流，使得交流侧输出相电流与交流侧相电压保持同相位，因此又称为幅值相位控制。

间接电流控制的优点是控制结构简单、无需电流传感器，并且具有良好的开关特性，静态特性良好，便于微机实现。且缺点是动态响应慢，且对系统参数变化灵敏，动态过程中存在直流电流偏移。

电流型PWM逆变器的间接电流控制，是指通过控制逆变器交流侧电容电压或交流输出电流的幅值和相位，从而间接控制电流型PWM逆变器的网侧电流。电流型PWM逆变器交流输出电流的基波分量是SPWM调制信号的线性放大，应用SPWM技术，通过对调制信号的控制就可以实现对逆变器输出电流相位和幅值的调节，然后通过交流侧LC滤波器滤波作用，就可以实现逆变器的间接电流控制，达到网侧单位功率因数。当然，为了稳定输入直流电流，间接电流控制还需要引入电流闭环反馈。

2)直接电流控制

直接电流控制是一种电流瞬态跟踪控制方法，由运算求出交流侧电流指令信号，再引入交流侧电流反馈，通过对交流侧电流的直接控制使其跟踪指令电流值。这种控制方式具有电流内环和电压外环的双环控制结构；在电流内环中，通过对功率因数角的控制可实现对无功功率的控制。在电压外环中，对直流电 流的控制则是通过调节交流电流的参考幅值来实现的。外环电压稳定与否取决于内环电流能否快速准确地跟踪电流给定。由于这种控制方式能有效地跟踪负载电压的变化，具有动态性能好，限流容易，电流控制精度高等优点，受到广泛关注，并先后研究出各种不同的控制方案，主要包括由PID控制，预测电流控制，滑模变结构控制，极点配置，二次型最优控制，非线性状态反馈控制，模糊控制等方式。但他们的共同特点是需要对控制变量解耦，计算量大，实现困难，而且对状态变量的检测需要两个电流传感器，有的还需要交流电动势传感器和电容电压传感器，成本较高。

电流型PWM逆变器的调制方式

1)SPWM技术

SPWM技术是将正弦波调制信号与频率固定的三角载波信号相比较，交点作为开关点，得到一系列幅值相等，宽度不等的高频脉冲序列，经过逆变器的功率放大后，能够准确地再现调制波信息，SPWM具有优良的传输特性、优化的频谱分布，成为当今调制技术的基本方式。