一种三相电压型并网逆变器恒定开关频率的直接功率控制方法

摘要

本发明公开的三相电压型并网逆变器恒定开关频率的直接功率控制方法。通过采集三相电网电压、三相交流电流进行三相/两相静止坐标变换，获得两相静止坐标系中的电网电压、交流电流并据此计算得到并网逆变器的瞬时有功、无功功率反馈，与系统有功、无功功率给定一起经过基于滑模变结构的直接功率控制器直接获得两相静止坐标系中的并网逆变器输出电压参考，再经空间矢量脉宽调制生成逆变器功率器件的开关信号，控制三相电压型并网逆变器运行。本发明方法无需同步速旋转坐标变换和复杂的电流内环控制器设计，具备快速的功率动态响应、恒定的开关频率和较强的鲁棒性。

主权项

1.一种三相电压型并网逆变器恒定开关频率的直接功率控制方法，其特征在于包括以下步骤：(i)利用一组三个电压传感器(3)采集三相电网电压信号U_gabc、一组三个电流霍尔传感器(4)采集三相交流电流信号I_gabc；(ii)将采集得到的三相电网电压信号U_gabc和三相交流电流信号I_gabc分别经过三相/两相静止坐标变换模块(5)，得到两相静止αβ坐标系中的电压向量U_gαβ和电流向量I_gαβ；(iii)将获得的两相静止αβ坐标系中电压向量U_gαβ和电流向量I_gαβ经过瞬时有功、无功功率计算模块(6)计算，得到瞬时有功、无功功率反馈P_g、Q_g；(iv)将计算得到的瞬时功率反馈P_g、Q_g和功率给定经过基于滑模变结构的直接功率控制器(10)调节、运算，直接获得空间矢量脉宽调制模块(11)所需的在两相静止αβ坐标系中的并网逆变器(1)输出电压参考信号(v)将获取的两相静止αβ坐标系中并网逆变器输出电压参考信号直接经过空间矢量脉宽调制模块(11)调制后，获得控制三相电压型并网逆变器(1)的功率器件开关信号S_abc；上述的直接功率控制器(10)调节、运算，步骤如下：(i)设定切换函数S＝[S₁ S₂]^T；其中，$S_1=e_P\left(t\right)+K_P\underset{0}{\overset{t}{\int }}{e}_P\left(\tau \right)\mathrm{d\tau }-e_P\left(0\right),$$S_2=e_Q\left(t\right)+K_Q\underset{0}{\overset{t}{\int }}{e}_Q\left(\tau \right)\mathrm{d\tau }-e_Q\left(0\right),$$e_P\left(t\right)=P_g^{*}-P_g,$$e_Q\left(t\right)=Q_g^{*}-Q_g,$其中e_P(t)、e_Q(t)为瞬时功率误差，K_P、K_Q为正值控制增益；(ii)经过对切换函数求导数并整理可得：$\frac{\mathrm{dS}}{\mathrm{dt}}=F+{\mathrm{DV}}_{\mathrm{g\alpha \beta }}^{*},$其中，$F={\left[\begin{array}{cc}{F}_1& F_2\end{array}\right]}^T,V_{\mathrm{g\alpha \beta }}^{*}={\left[\begin{array}{cc}{v}_{\mathrm{g\alpha }}& v_{\mathrm{g\beta }}\end{array}\right]}^T,$$F_1=\frac{3}{2L_g}({u_{\mathrm{g\alpha }}}^2+{u_{\mathrm{g\beta }}}^2)+\frac{R_g}{L_g}{P}_g+{\omega }_1{Q}_g+K_P(P_g^{*}-P_g),$$F_2=\frac{R_g}{L_g}{Q}_g-{\omega }_1{P}_g+K_Q(Q_g^{*}-Q_g)$$D=-\frac{3}{2L_g}\left[\begin{array}{cc}{u}_{\mathrm{g\alpha }}& u_{\mathrm{g\beta }}\\ u_{\mathrm{g\beta }}& -u_{\mathrm{g\alpha }}\end{array}\right],$L_g和R_g分别为进线电抗器的电感值和等效电阻值，ω₁为电网电压角频率；(iii)根据切换函数的导数表达式设计出相应的控制器，输出两相静止αβ坐标系中并网逆变器输出电压参考信号为$V_{\mathrm{g\alpha \beta }}^{*}=-D^{-1}\{\left[\begin{array}{c}{F}_1\\ F_2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}{K}_{P1}& 0\\ 0& K_{Q1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{sgn}\left(S_1\right)\\ \mathrm{sgn}\left(S_2\right)\end{array}\right]\},$式中，开关函数sgn(S₁)和sgn(S₂)用连续函数替代以减小功率抖动，其表达式为其中λ_j＞0为滑模面的宽度，j＝1、2分别代表瞬时有功、无功功率。