一种基于共模电压注入的并联逆变器功率均衡控制方法与流程

1.本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种基于共模电压注入的并联逆变器控制方法。


背景技术：

2.随着各种新能源发电如光伏发电、风力发电等技术迅速发展，可再生能源将逐渐成为发电领域的主要力量，而当下的可再生能源大多产生直流电能，需经过逆变环节并入电网，因此逆变器发挥着不可替代的作用。
3.目前，用电设备所要求的功率越来越大，单台逆变器已不能满足要求，单纯提高单台逆变器功率不仅带来制造成本提高与体积增大等问题，而且单台逆变器故障对整体系统连续工作的影响也非常大，因此产生了如图1所示的并联逆变器系统。并联逆变器不仅可以有效提升功率以满足大功率用电设备的要求，还可以增强整个系统的灵活性，系统运行时也更加安全可靠。随着控制理论不断的发展和完善，在并联逆变器系统控制方面衍生出基于通讯的主从控制方式和免通讯的下垂控制方式。传统主从控制的原理如图2所示，利用主逆变器产生的控制信号作为从逆变器的给定信号来实现负载均衡，该控制方式能使并联逆变器系统获得较好的动态和稳态性能，但通讯线的存在使得整个系统的结构比较复杂，此外还存在装备耦合现象，不利于并联逆变器的发展。传统下垂控制方式虽然不存在通讯线，但是功率自动平衡效果较差，动态和稳态性能较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于共模电压注入的并联逆变器功率均衡控制方法，该方法无需通讯线，仅注入通过共模电压来实现信息传递。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.s1：根据主逆变器输出电流实际值i
mo
，对i
mo
的有功分量i
mod
和无功分量i
moq
分别进行闭环控制，得到主逆变器输出电压参考值u
mo*
；
7.s2：由u
mo*
计算主逆变器的本征共模电压分量u
moc1
，由主逆变器参考有功和无功电流信号构造主逆变器的附加共模电压分量u
moc2
；
8.s3：在u
mo*
上叠加步骤s2所得的u
moc1
和u
moc2
，通过正弦脉宽调制产生主逆变器的控制信号，对主逆变器实现控制；
9.s4：用零序电流控制器对第n台从逆变器产生的零序电流进行闭环控制，获得第n台从逆变器的附加共模电压分量u
sonc2
；
10.s5：从零序电流控制器中获得主逆变器的参考有功和无功电流信号，作为第 n台从逆变器参考输出电流的有功和无功分量；
11.s6：根据第n台从逆变器的实际输出电流i
son
，对i
son
的有功分量i
sond
和无功分量i
sonq
分别进行闭环控制，获得该从逆变器输出电压参考值u
son*
；
12.s7：由u
son*
计算第n台从逆变器的本征共模电压分量u
sonc1
，在u
son*
上叠加所得的usonc1
和u
sonc2
，通过正弦脉宽调制产生控制信号控制第n台从逆变器。
13.进一步，所述s2中计算主逆变器所注入的本征和附加共模电压分量的方法具体包括：
14.s2.1：由下式计算主逆变器的本征共模电压分量u
moc1
：
[0015][0016]
其中，max和min分别是计算主逆变器参考输出电压参考值u
mo*
最大值和最小值的运算符；
[0017]
s2.2：由下式计算主逆变器的附加共模电压分量u
moc2
：
[0018]umoc2
＝i
mod*
sin(ω1t) i
moq*
sin(ω2t)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0019]
其中，i
mod*
和i
moq*
分别是主逆变器的参考输出有功电流和无功电流，ω1和ω2是传递信息的两种不同的频率，t为时间。
[0020]
进一步，所述s3中控制主逆变器的具体方法是：
[0021]
将所得主逆变器的本征共模电压分量u
moc1
、附加共模电压分量u
moc2
和参考输出电压u
mo*
三者相加得到合成电压矢量u
mo**
，采用正弦脉宽调制对合成电压矢量u
mo**
进行调制，得到主逆变器控制信号，实现对主逆变器的控制。
[0022]
进一步，所述s4中，得到第n台从逆变器附加共模电压分量u
sonc2
的方法具体包括：
[0023]
s4.1：由下式计算第n台从逆变器的零序电流实际值i
son-0
：
[0024][0025]
其中，i
sona
、i
sonb
和i
sonc
分别是第n台从逆变器的三相输出电流；
[0026]
s4.2：计算第n台从逆变器零序电流实际值i
son-0
与其参考值的差值，所得计算结果设为e
ison-0
；
[0027]
s4.3：由零序电流控制器g
0n
(s)对所得e
ison-0
进行调节，获得第n台从逆变器的附加共模电压分量u
sonc2
，零序电流控制器g
0n
(s)包括5个子控制器，其表达式如下：
[0028]g0n
(s)＝g
0n1
(s) g
0n2
(s) g
0n3
(s) g
0n4
(s) g
0n5
(s)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0029]
其中：
[0030][0031]
式(5)中，g
0n1
(s)和g
0n2
(s)分别是比例和积分控制器，k
p
和ki分别为相应的控制器系数；g
0n3
(s)为抑制三次谐波的谐振控制器，kr为其系数，ωg为电网电压频率；g
0n4
(s)和g
0n5
(s)分别为抑制主逆变器附加共模电压产生的零序电流的谐振控制器，k1和k2分别为相应的控制器系数，s是微分环节。
[0032]
进一步，所述s5中，获得第n台从逆变器输出电流的参考有功分量i
sond*
和参考无功分量i
sonq*
的方法具体包括：
[0033]
s5.1：根据零序电流控制器g
0n
(s)的调节结果，分别从g
0n4
(s)和g
0n5
(s)的结果中获得包含主逆变器参考输出电流信息的信号；
[0034]
s5.2：对s5.1所得信号中的每个分量分别平方，并分别用相应二倍频率的陷波器滤除平方所产生二倍频分量；
[0035]
s5.3：对s5.2所得的陷波器滤除结果扩大到2倍，而后进行开方，获得第n 台从逆变器的参考输出有功电流i
sond*
和无功电流i
sonq*
，其中i
sond*
和i
sonq*
分别等于i
mod*
和i
moq*
。
[0036]
进一步，所述s7中，对第n台从逆变器实现控制的方法具体包括：
[0037]
s7.1：根据所得u
son*
，由下式计算第n台从逆变器的本征电压分量u
sonc1
：
[0038][0039]
其中，max和min分别是计算u
son*
最大值和最小值的运算符；
[0040]
s7.2：将第n台从逆变器的本征共模电压分量u
sonc1
、附加共模电压分量u
sonc2
和参考输出电压u
son*
三者进行叠加得到合成电压矢量u
son**
；
[0041]
s7.3：采用正弦脉宽调制对合成电压矢量u
son**
进行调制，得到第n台从逆变器的控制信号，实现对第n台从逆变器的控制，进而最终实现对整个并联逆变器系统的控制。
[0042]
采用上述方案后，本发明具有如下有益效果：
[0043]
1、有效保证并联逆变器系统的功率在主逆变器和从逆变器中实现自动均衡；
[0044]
2、仅需改进和增加控制器即可消除主从控制所需的复杂通讯线，整个系统的结构和硬件成本均降低，同时不存在装备耦合现象。
附图说明
[0045]
图1是本发明并联逆变器的拓扑结构图；
[0046]
图2是本发明传统主从控制的基本原理图；
[0047]
图3是本发明所提的系统控制方法框图；
[0048]
图4是本发明具体实施方式中主逆变器的控制框图；
[0049]
图5是本发明计算主逆变器(从逆变器)附加共模电压分量u
mo
(u
son
)的原理图；
[0050]
图6是本发明具体实施方式中从逆变器#1的控制框图；；
[0051]
图7是本发明具体实施方式中从逆变器#1中的零序电流控制器g
0n
(s)；
[0052]
图8是本发明具体实施方式中获得从逆变器#1参考有功输出电流i
so1d*
和参考无功输出电流i
so1q*
的原理图；
[0053]
图9是在并联逆变器上采用所提控制方法的输出电流仿真结果。
具体实施方式
[0054]
针对本发明所提出的基于共模电压注入的并联逆变器控制方法的各个步骤，下面将结合本发明实施例中的图3-图8，以两台逆变器(主逆变器 从逆变器#1) 并联为例，对该控制方法进行具体说明，图9是两台逆变器的输出电流仿真结果，
[0055]
根据如图4所示的主逆变器控制框图，由电压测量装置获得电网实际电压 ug，由电流测量装置获得主逆变器实际输出电流i
mo
和从逆变器#1的实际输出电流i
so1
。
[0056]
根据所得ug和i
mo
，计算二者间的相角差θ，由式(1)计算i
mo
的有功分量i
mod
和无功分量i
moq
：
[0057][0058]
根据所给定的主逆变器输出电流参考有功分量i
mod*
和无功分量i
moq*
，分别计算i
mod
和i
moq
实际值和参考值的误差e
imod
和e
imoq
，用电流pi控制器gm(s)分别对 e
imod
和e
imoq
进行调节，结合电网电压ug，通过反park变换获得主逆变器的参考输出电压u
mo*
。
[0059]
根据图5所示原理图，结合式(2)计算主逆变器的本征共模电压分量u
moc1
：
[0060][0061]
则在一个周期内u
moc1
存在u
moa*
/2、u
mob*
/2和u
moc*
/2三个不同值；
[0062]
设ω1和ω2分别100hz和200hz，根据式(3)计算主逆变器所注入不同频率的附加共模电压分量u
moc2
：
[0063]umoc2
＝i
mod*
sin(200πt) i
moq*
sin(400πt)(3)
[0064]
将所获得的u
moc1
和u
moc2
叠加至u
mo*
中，得到合成电压分量u
mo**
，通过正弦脉宽调制对u
mo**
进行调制，得到主逆变器的控制信号，实现对主逆变器的控制。
[0065]
从逆变器#1的控制框图如图6所示，根据测量所得从逆变器#1实际输出电流i
so1
，由式(4)计算从逆变器#1的零序电流实际值i
so1-0
：
[0066][0067]
根据从逆变器#1的零序电流参考值0，计算出i
so1-0
和i
so1-0*
的误差e
iso1-0
，用图7所示的零序电流控制器g
01
(s)对误差e
io1-0
进行调节，获得从逆变器#1的附加共模电压分量u
so1c2
。
[0068]
根据并联逆变器环流为零的原则，从图7所示零序电流控制器中g
014
(s)和 g
015
(s)的结果中获得包含主逆变器参考输出电流信息的信号；根据图8所示原理图，对信号中包含的i
mod*
sin(200πt)和i
moq*
sin(400πt)分别平方得到式(5)所示结果，采用频率分别为400π和800π的两个陷波器滤除式(5)结果中频率为400π和800π的分量，对滤除结果扩大至2倍后开方，得到从逆变器#1的输出参考有功电流 i
so1d*
和参考无功电流i
so1q*
，其中i
so1d*
和i
so1q*
分别等于i
mod*
和i
moq*
。
[0069][0070]
根据测量所得从逆变器#1实际输出电流i
so1
和电网实际电压ug，计算出二者间的功率因数角θ1，由式(6)计算i
so1
的有功分量i
so1d
和无功分量i
so1q
：
[0071][0072]
计算i
so1d*
和i
so1d
、i
so1q*
和i
so1q
之间的差值e
iso1d
和e
iso1q
，用电流pi控制器g
s1
(s) 分别对e
iso1d
和e
iso1q
进行控制，结合电网电压ug，通过反park变换获得从逆变器#1的参考输出电压u
so1*
。
[0073]
根据图5所示原理图，结合式(7)计算从逆变器#1的本征共模电压分量u
so1c1
：
[0074][0075]
则在一个周期内u
so1c2
同样存在u
so1a*
/2、u
so1b*
/2和u
so1c*
/2三个不同值；
[0076]
将所得的u
so1c1
和u
so1c2
叠加至u
so1*
中，得到合成电压分量u
so1**
，通过正弦脉宽调制对u
so1**
进行调制，得到从逆变器#1的控制信号，实现对从逆变器#1的控制，最终实现对由主逆变器和从逆变器#1组成的并联逆变器系统的控制。
[0077]
由图9可知，主逆变器和从逆变器#1均可实现输出电流均衡，进而实现功率自动均衡。
[0078]
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。