一種改進(jìn)滯環(huán)電流跟蹤方法在多功能逆變器中的應(yīng)用

楊云 許華岳 王亞鵬

摘要：針對電網(wǎng)中非線性負(fù)載引起的電能質(zhì)量問題，研究一種具有并網(wǎng)發(fā)電功能和諧波補(bǔ)償功能的三相多功能逆變器.主要包括諧波電流檢測部分和電流跟蹤部分，諧波電流檢測部分采用基于瞬時無功功率的ip-iq諧波電流檢測法;在電流跟蹤環(huán)節(jié)，針對傳統(tǒng)滯環(huán)電流跟蹤方法產(chǎn)生的PWM頻率不穩(wěn)定的問題，提出一種改進(jìn)的滯環(huán)電流跟蹤方法，能夠使開關(guān)頻率更為穩(wěn)定，達(dá)到很好的跟蹤精度.最后通過MATLAB-simulink進(jìn)行仿真驗(yàn)證.

關(guān)鍵詞：多功能逆變器;諧波檢測;電流跟蹤;PWM頻率

中圖分類號：TM646? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）06-0056-03

1 引言

隨著分布式能源接入公共電網(wǎng)的數(shù)量和規(guī)模不斷增長，其并網(wǎng)運(yùn)行中電力電子設(shè)備會給公共電網(wǎng)帶去諧波污染，并且大量非線性負(fù)載的接入也將會降低電網(wǎng)的電能質(zhì)量[1-2].有源電力濾波器的投入使用能夠明顯減少電網(wǎng)諧波含量，但其功能單一;分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中三相逆變器與有源電力濾波器有著相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相似的控制策略，可將有源濾波器與光伏并網(wǎng)逆變器功能相結(jié)合，在同一臺逆變器上實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電功能和有源濾波功能[3-4].文獻(xiàn)[5]提出一種基于滯環(huán)電流控制的三相多功能逆變器.傳統(tǒng)的滯環(huán)電流控制方式對電流的跟蹤精度受環(huán)寬影響大，產(chǎn)生的PWM頻率不固定會造成開關(guān)損耗和噪聲過大.文獻(xiàn)[6]在滯環(huán)比較器后加入一個固定頻率發(fā)生器環(huán)節(jié)來控制PWM頻率，但這樣會使電流跟蹤精度變差.因此，本文研究一種能夠穩(wěn)定PWM頻率并且有良好跟蹤精度的滯環(huán)電流控制技術(shù).

2 多功能逆變器控制方案

多功能逆變器控制策略包含電壓外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制，電壓外環(huán)控制主要是為了控制直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定，采用PI控制.電流內(nèi)環(huán)控制是對指令電流的跟蹤控制.電流內(nèi)環(huán)采用一種改進(jìn)滯環(huán)電流控制，使開關(guān)頻率更為固定.系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖1所示.

2.1 諧波電流檢測

如圖1所示，利用鎖相環(huán)對電網(wǎng)電壓進(jìn)行鎖相，得到電網(wǎng)的相位和頻率信息，被檢測的負(fù)載電流iLa、iLb、iLc經(jīng)過abc-αβ坐標(biāo)變換后得到iα、iβ;再利用鎖相環(huán)得到的相位和頻率信息將電流iα、iβ變換到dq坐標(biāo)系下得到ip、iq，此時，因同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換時，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)速度和方向與電壓基頻一致，被檢測電流中基頻正序分量變換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下為直流量，而諧波分量、直流分量通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換后都變?yōu)榻涣髁浚敲磇p、iq中都包含直流量和交流量：

3 仿真驗(yàn)證

光伏參數(shù)為：25C°，光照1000w/m2.Boost升壓電路電感L0=5mH，直流側(cè)電容C1=1mF，參考電壓700V，交流側(cè)濾波器L=6mH、C=98uF.

改進(jìn)滯環(huán)控制下逆變器A相參考電流與輸出電流波形如圖3所示，其波形與理論分析一致，輸出電流能夠很好地跟蹤指令電流.

圖4為改進(jìn)滯環(huán)控制下逆變器A相上橋臂PWM波形，圖5為傳統(tǒng)滯環(huán)控制下逆變器A相上橋臂PWM波形，對比圖4和圖5可知，由于改進(jìn)滯環(huán)控制開關(guān)信號是由載波跳變時產(chǎn)生，而載波頻率固定，所以改進(jìn)滯環(huán)控制下逆變器開關(guān)頻率比傳統(tǒng)滯環(huán)控制下更為固定，達(dá)到了固定開關(guān)頻率的目的.

再對兩種控制方式下的逆變器輸出電流進(jìn)行FFT分析，結(jié)果如圖6所示，左端為改進(jìn)滯環(huán)控制下逆變器輸出電流的諧波頻譜圖，右端為傳統(tǒng)滯環(huán)控制下逆變器輸出電流的諧波頻譜圖，由圖可知，改進(jìn)滯環(huán)控制下逆變器輸出電流的諧波含量更少，所以改進(jìn)滯環(huán)控制方式更具優(yōu)越性，因此在本文在abc三相坐標(biāo)系下的控制方案將采用改進(jìn)滯環(huán)控制進(jìn)行并網(wǎng)電流跟蹤.

單獨(dú)濾波模式下，斷開光伏列陣，負(fù)載為三相不可控整流橋帶70kW阻性負(fù)載的非線性負(fù)載，電網(wǎng)三相電流波形如圖7所示，逆變器投入運(yùn)行前電網(wǎng)電流為典型馬鞍波，逆變器投入運(yùn)行進(jìn)行有源濾波后，電網(wǎng)電流波形改善明顯.圖8左右兩部分分別為逆變器投入運(yùn)行前后電網(wǎng)電流的諧波頻譜圖，電網(wǎng)電流諧波總量由26.11%下降到2.05%，諧波治理效果明顯.

多功能逆變器同時發(fā)送有功與有源濾波工作模式下，接入光伏列陣，負(fù)載為三相不可控整流橋帶60kW阻性負(fù)載的非線性負(fù)載與10kW線性負(fù)載并聯(lián).電網(wǎng)三相電流波形如圖9所示，逆變器未投入運(yùn)行時，電網(wǎng)電流幅值約為58A，波形畸變嚴(yán)重;0.1s到0.2s期間，逆變器并網(wǎng)運(yùn)行，逆變器發(fā)出有功，負(fù)載電流一部分由逆變器提供，電網(wǎng)電流幅值減小為37A，并且由于逆變器的有源濾波作用，補(bǔ)償了電網(wǎng)諧波，使得電網(wǎng)波形接近正弦波.圖10左右兩部分分別為逆變器投入運(yùn)行前后電網(wǎng)電流的諧波頻譜圖，電網(wǎng)電流諧波總量由16.1%下降到3.63%，諧波治理效果明顯.

4 結(jié)束語

由以上仿真驗(yàn)證可知，諧波提取算法效果良好、指令電流合成算法正確，本文所提出的改進(jìn)滯環(huán)電流跟蹤方法能夠使PWM頻率更穩(wěn)定、準(zhǔn)確跟蹤指令電流，使逆變器集并網(wǎng)發(fā)電和有源濾波于一體，拓展了逆變器的功能，提高了逆變器的利用率.

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