空间电压矢量电流滞环控制光伏并网逆变器
最后更新时间：2024-03-16
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论文导读：，此时，由于逆变器相间输出电压vab不变，因而相间电流误差Δiab不受任何影响。［4，5］同理，当参考空间电压矢量位于Ⅲ、Ⅳ区域时，保持a相功率开关管不变，可用空间电压矢量集k∈0123独立控制Δibc、Δica；而当参考电压矢量位于Ⅴ、Ⅵ区域时，保持c相功率开关管不变，可用空
摘要：简要介绍了光伏电池阵列的数学模型，提出了一种并网逆变器控制的新方法，该方法用一组滞环比较器判定参考空间电压矢量所在区域，并据此选择适当的两相开关独立地控制相应的相间电流，以实现良好的电流跟踪。该方法的优点是具有较高的直流电压利用率和较高的控制精度。
关键词：并网逆变器；空间电压矢量；电流滞环控制
一、引言
随着全世界对能源、环保问题的重视，人们对绿色能源的期望越来越高，这就促进了可再生能源，尤其是太阳能及风能的开发利用。我国有着丰富的太阳能资源，年平均太阳能电力可达1 700 TWh［1］，而且以太阳能发电为基础的光伏发电系统安静、安全、无污染、安装简便、可靠性高［2］。因此实现光伏发电系统与公用电网的并网运行具有重要的意义。目前光伏系统中的逆变器大多采用工作在SPWM状态的全桥式逆变方案，该方法对直流电压的利用率不高，动态性能差等缺点。在此，提出一种基于空间电压矢量的电流滞环控制策略，将相间电流作为控制目标，以电网相间电压信号作为相间电流跟踪的给定信号，经滞环比较后，输出PWM信号驱动逆变桥的功率开关管工作，成功地得到了与电网电压同相的正弦波输出电流，也即流入电网的电流。从而实现了光伏发电系统的高功率因数并网运行，同时大大简化了系统结构。
bc不变，则相间电流误差Δibc不受任何影响。同理，当c相功率开关管动作时，空间电压矢量在0、5或1、6之间相互切换，使Δibc得以控制，此时，由于逆变器相间输出电压vab不变，因而相间电流误差Δiab不受任何影响。［4，5］同理，当参考空间电压矢量位于Ⅲ、Ⅳ区域时，保持a相功率开关管不变，可用空间电压矢量集k∈0123独立控制Δibc、Δica；而当参考电压矢量位于Ⅴ、Ⅵ区域时，保持c相功率开关管不变，可用空间电压矢量集k∈0345独立控制Δica、Δiab。
（二)基于电流滞环的控制的实现
图1 双滞环电流比较特性 ij=ab,bc,ca在图1中，Sij1为外滞环比较单元输出状态值，而Sij2为内环滞环比较单元输出状态。外、内滞环宽度分为Iw1、Iw2，且Iw1＞ Iw2。外滞环比较单元的作用是根据其输出状态Sij1确定参考空间电压矢量所在的区域，而内环比较单元则根据其输出状态Sij2最终确定具体采用的控制空间电压矢量。由滞环输出状态决定的开关函数的逻辑关系如下：Sa=Sbc1ca1ca2+Sab1bc1Sab2 Sb=Sca1ab1ab2+Sbc1ca1Sbc2Sc=Sab1bc1bc2+Sca1ab1Sca2 （8）
四、结论
本文提出了一种新的基于空间电压矢量的并网逆变器的滞环电流控制方法。它的主要原理是保持一相桥臂不动，用其余两相开关去独立控制相应的相间电流，并不需要估计阻抗参数，便能实现两相解耦。本方法在实现时用一组带宽较大的滞环比较器，采用相间电流误差作为输入信号，可快速判定参考空间电压矢量所在区域，据此可选择合适的控制空间电压矢量，并可使控制矢量为优化矢量。本方法的优点是保持较高的直流电压利用率和高精度快响应。
参考文献：
［1］ 时琛丽.我国光伏发电技术和市场发展［J］．电工技术杂志，2002(6)：79-80.
［2］ 茆美琴，余世杰，苏建徽.带有 MPPT 功能的光伏阵列 Matla论文导读：学与交流传动［M］.北京：机械工业出版社，2005.3.［4］普江，焦连伟，倪以信等.有源滤波器定频滞环电流控制新方法［J］.电网技术，2000，24（6）：1-7.［5］张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制［M］.北京：机械工业出版社，2003.10.上一页12
b通用仿真模型［J］. 系统仿真学报，2005，17（5）：1248-1251.
［3］ Bose，B.K.著；王聪，赵金，于庆广等译.现代电力电子学与交流传动［M］.北京：机械工业出版社，2005.3.
［4］ 普江，焦连伟，倪以信等.有源滤波器定频滞环电流控制新方法［J］.电网技术，2000，24（6）：1-7.
［5］ 张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制［M］.北京：机械工业出版社，2003.10.
摘要：简要介绍了光伏电池阵列的数学模型，提出了一种并网逆变器控制的新方法，该方法用一组滞环比较器判定参考空间电压矢量所在区域，并据此选择适当的两相开关独立地控制相应的相间电流，以实现良好的电流跟踪。该方法的优点是具有较高的直流电压利用率和较高的控制精度。
关键词：并网逆变器；空间电压矢量；电流滞环控制
一、引言
随着全世界对能源、环保问题的重视，人们对绿色能源的期望越来越高，这就促进了可再生能源，尤其是太阳能及风能的开发利用。我国有着丰富的太阳能资源，年平均太阳能电力可达1 700 TWh［1］，而且以太阳能发电为基础的光伏发电系统安静、安全、无污染、安装简便、可靠性高［2］。因此实现光伏发电系统与公用电网的并网运行具有重要的意义。目前光伏系统中的逆变器大多采用工作在SPWM状态的全桥式逆变方案，该方法对直流电压的利用率不高，动态性能差等缺点。在此，提出一种基于空间电压矢量的电流滞环控制策略，将相间电流作为控制目标，以电网相间电压信号作为相间电流跟踪的给定信号，经滞环比较后，输出PWM信号驱动逆变桥的功率开关管工作，成功地得到了与电网电压同相的正弦波输出电流，也即流入电网的电流。从而实现了光伏发电系统的高功率因数并网运行，同时大大简化了系统结构。
二、光伏阵列［2］
(一)光伏阵列数学模型
I=Isc(1－C1(eV－DVC2Voc－1))+DI（1）其中，DI=α×SSref×DT+(SSref－1)×IscDV=－β×DT－Rs×DTDT=T－Tref（2）Sref，Tref：太阳辐射和光伏电池温度参考值，一般取为1kW/m2，25°C;α：在参考日照下，电流变化温度系数（Amps/°C）；β：在参考日照下，电压变化温度系数（V/°C）；Rs：光伏模块的串联电阻（Ohms）；(二)光伏阵列最大功率跟踪数学模型
光伏阵列在任意太阳辐射强度、及环境温度下的功率为P=IV=(Isc(1－C1(eV－DVC2Voc－1))+DI)V （3）由极值条件，dPdV=0得：Isc(1－C1(eV－DVC2Voc－1))+DI－VIscC1eV－DVC2Voc(C2Voc)=0 （4）上式是个超越方程，可由牛顿法进行迭代解出对应最大功率点的电压Vmax：Vk+1=VkIsc(1－C1(eVk－DVC2Voc－1))+DI－VkIscC1eVk－DVC2Voc(C2Voc)2+VkC2Voc－IscC1eVk－DVC2Voc(C2Voc)（5）当Vk+1－Vk<ε 时，Vmax=Vk+1。上式中，Vk+1和Vk 分别为V 的第k＋1次和第k次迭代值。ε为迭代精度。将所得的Vmax 代入(2)式，得Imax,，从而最大功率Pmax 可由下式求得：Pmax= Vmax ×I max（6）三、并网逆变器的控制方法
(一)基于电流滞环的控制原理
定义空间电压矢量：ab=23［vab×e－jπ6+vbc×ejπ2+vca×e－j2π3］（7）逆变器共有8种可能的开关状态，不同的开关状态对应的空间电压矢量 ［3］：当参考空间电压矢量位于Ⅰ、Ⅱ区域时，保持b相功率开关管不变，即b相桥臂下侧功率开关管始终导通，当a相功率开关管动作时，空间电压矢量在0、1或6、5之间相互切换，从而使Δiab得以控制，此时，由于逆变器相间输出电压v摘自：学报论文格式www.7ctime.combc不变，则相间电流误差Δibc不受任何影响。同理，当c相功率开关管动作时，空间电压矢量在0、5或1、6之间相互切换，使Δibc得以控制，此时，由于逆变器相间输出电压vab不变，因而相间电流误差Δiab不受任何影响。［4，5］同理，当参考空间电压矢量位于Ⅲ、Ⅳ区域时，保持a相功率开关管不变，可用空间电压矢量集k∈0123独立控制Δibc、Δica；而当参考电压矢量位于Ⅴ、Ⅵ区域时，保持c相功率开关管不变，可用空间电压矢量集k∈0345独立控制Δica、Δiab。
（二)基于电流滞环的控制的实现
图1 双滞环电流比较特性 ij=ab,bc,ca在图1中，Sij1为外滞环比较单元输出状态值，而Sij2为内环滞环比较单元输出状态。外、内滞环宽度分为Iw1、Iw2，且Iw1＞ Iw2。外滞环比较单元的作用是根据其输出状态Sij1确定参考空间电压矢量所在的区域，而内环比较单元则根据其输出状态Sij2最终确定具体采用的控制空间电压矢量。由滞环输出状态决定的开关函数的逻辑关系如下：Sa=Sbc1ca1ca2+Sab1bc1Sab2 Sb=Sca1ab1ab2+Sbc1ca1Sbc2Sc=Sab1bc1bc2+Sca1ab1Sca2 （8）
四、结论
本文提出了一种新的基于空间电压矢量的并网逆变器的滞环电流控制方法。它的主要原理是保持一相桥臂不动，用其余两相开关去独立控制相应的相间电流，并不需要估计阻抗参数，便能实现两相解耦。本方法在实现时用一组带宽较大的滞环比较器，采用相间电流误差作为输入信号，可快速判定参考空间电压矢量所在区域，据此可选择合适的控制空间电压矢量，并可使控制矢量为优化矢量。本方法的优点是保持较高的直流电压利用率和高精度快响应。
参考文献：
［1］ 时琛丽.我国光伏发电技术和市场发展［J］．电工技术杂志，2002(6)：79-80.
［2］ 茆美琴，余世杰，苏建徽.带有 MPPT 功能的光伏阵列 Matla论文导读：学与交流传动［M］.北京：机械工业出版社，2005.3.［4］普江，焦连伟，倪以信等.有源滤波器定频滞环电流控制新方法［J］.电网技术，2000，24（6）：1-7.［5］张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制［M］.北京：机械工业出版社，2003.10.上一页12
b通用仿真模型［J］. 系统仿真学报，2005，17（5）：1248-1251.
［3］ Bose，B.K.著；王聪，赵金，于庆广等译.现代电力电子学与交流传动［M］.北京：机械工业出版社，2005.3.
［4］ 普江，焦连伟，倪以信等.有源滤波器定频滞环电流控制新方法［J］.电网技术，2000，24（6）：1-7.
［5］ 张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制［M］.北京：机械工业出版社，2003.10.