专利名称：逆变器电压前馈直流分量的抑制方法及逆变器的控制方法
技术领域：
本发明涉及逆变器电压前馈直流分量的抑制方法，还涉及一种消除逆变器输出的直流分量的逆变器的控制方法。
背景技术：
目前光伏并网逆变器通常采用的控制方式是电流内环加电网电压前馈的方式，电网电压前馈控制指令的获得方式如下先检测三相电网电压信号，再通过d_q坐标变换将3相电网电压信号转换成旋转坐标系下的2相信号作为电网电压前馈控制指令，来增强逆变器的抗电网电压扰动能力。但在光伏并网逆变器实际运行过程中，由于电网电压不对称、检测电路的运算放大器和检测元件的零点漂移等因素的影响，电网电压前馈控制指令中不可避免地含有直流分量，逆变器将输出直流分量。在逆变器含有工频变压器并网的情况下，有直流分量存在时，变压器工作磁感应强度范围会发生变化，直流偏磁会使变压器励磁电流 发生严重畸变，而畸变的励磁电流最终会反映到逆变器输出电流上，不仅影响输出电流质量，而且过大的输出电流会损坏功率开关管，因此需要消除逆变器输出的直流分量。目前抑制电网电压前馈控制指令含有的直流分量主要方法有另外设计检测逆变器电感输出电流直流分量的电路，通过软件改变功率开关管的调制方式来抑制直流分量；在逆变器正式工作前，检测电网电压信号的直流分量(其中包括电网本身的和检测环节耦合的直流分量)，将检测结果存储在数字处理器中。当逆变器工作时，数字处理器把当前的采样结果减去上述的直流分量，该方法是一种静态消除直流分量的方法；利用软件对一个工频周期的电网电压采样信号进行平均值滤波得到直流分量，然后将当前的采样值减去直流分量得到不含直流分量的前馈控制指令；设计数字低通滤波器，利用数字处理器在软件算法上实现滤除d_q坐标变换的结果中的直流以外分量，得到仅含有电网电压基波正序分量坐标变换结果的前馈控制指令。以上4种方法的不足主要是第I种检测电感电流结合调制方式的方法需要增加硬件电路，也不能从源头根本上消除电网电压检测环节上带来的直流分量;第2种静态消除直流分量的方法虽然简单，处理速度快，数字处理器的负担也轻，但是不能跟踪直流分量的变化；第3种平均值方法需要至少一个工频周期的时间，软件上还要存储至少一个工频周期的电网电压坐标变换的数据，当电网频率扰动时，采样数据还会有奇异点，又会加大软件处理难度；第4种采用数字低通滤波器的方法滤除了电网电压的负序分量和谐波成分，前馈控制指令中只含有电网电压基波正序分量坐标变换的成分，逆变器抗电网电压扰动的能力会降低，另外数字低通滤波器要想获取一个性能指标理想的滤波结果，一般需要5个工频周期。因此需要一种快速、简单的消除直流分量又不影响控制指令中其它成分的电压前馈直流分量的抑制方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种适用于光伏并网逆变器的电网电压前馈直流分量的抑制方法，该方法是一种动态的软件消除直流分量方法，实时采样电网电压信号，经过d-q变换后，先通过移相90 ° (滞后)，再和当前采样值进行和差运算，从而仅滤除直流经d-q变换50Hz的分量，其它分量即作为电网电压前馈控制指令，该方法成本低，并且简单的消除前馈直流分量又不影响控制指令中其它成分，且速度快。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种使用逆变器电压前馈直流分量的抑制方法的逆变器的控制方法，通过电网电压前馈直流分量的抑制方法滤除直流经d-q变换 50Hz的分量后，其它分量作为前馈控制指令叠加到电流经过PI调节器后的控制量上，经Park逆变换后再通过数字处理器产生SVPWM波控制功率开关管动作，不仅速度快、而且能一次彻底消除逆变器输出的直流分量。本发明采用以下技术方案解决上述技术问题之一的一种逆变器电压前馈直流分量的抑制方法，请参阅图I及图2所示，包括下述步骤采样三相电网电压信号ua、ub、u。；三相电网电压信号先经过Clark变换、Park变换，得到坐标变换后的有功分量Ud和无功分量Utl ；无功分量Uq滞后移相90°或者超前移相270°得到的值加上有功分量Ud得到有功控制指令k，将无功分量u,减去有功分量叫滞后移相90°或者超前移相270°得到的
值再加上有功控制指令L得到无功控制指令^。作为本发明的进一步改进，所述采样的是工频50Hz的三相电网电压信号，其中包含直流分量、正、负序50Hz基波分量、正、负序谐波分量，正序50Hz基波分量经过Clark变换、Park变换变成了直流分量，负序50Hz基波分量经Clark变换、Park变换变成了 2次谐波，原来三相电网电压信号中的直流分量经过Clark变换、Park变换变成50Hz交流分量，原来所有η次正序谐波分量将降低I次变成n-Ι次谐波，原来所有η次负序谐波分量将增加I次变成η+1次谐波。当然并不限于工频50Hz的三相电网，一般的交流电(只要是通过坐标变换三相变两相，且两相坐标系是正交的信号)都可以通过移相作和差法消除某些特定频次的分量，包括直流分量。作为本发明的进一步改进，通过AD采样信号调理电路采样三相电网电压信号ua、
Ub、UcO作为本发明的进一步改进，所述的逆变器电压前馈直流分量的抑制方法具体包括以下步骤设时间t，电网工频周期为T，每1/4工频周期T采样η个三相电网电压信号数据；当O < t彡1/4T时，采样三相电网电压信号数据，经过Clark变换、Park变换，得
到坐标变换后的有功分量和无功分量，分别为…、〃丨和《K、···、<;当七> 1/4T时，采样三相电网电压信号数据，经过Clark变换、Park变换，得到坐标变换后的有功分量和无功分量，分别为和<+W，N=l、2、…3n，则滤除直流分量后的
有功分量控制指令L无功分量控制指令^为
权利要求
1.ー种逆变器电压前馈直流分量的抑制方法，其特征在于，包括下述步骤 米样三相电网电压信号Ua、ub、uc ； 三相电网电压信号先经过Clark变换、Park变换，得到坐标变换后的有功分量Ud和无功分量Uq ； 无功分量Uq滞后移相90°或者超前移相270°得到的值加上有功分量Ud得到有功控制指令，将无功分量u,减去有功分量Ud滞后移相90°或者超前移相270°得到的值再加上有功控制指令得到无功控制指令t。
2.根据权利要求I所述的逆变器电压前馈直流分量的抑制方法，其特征在于，所述三相电网电压信号是エ频50Hz的三相电网电压信号，其中包含直流分量、正、负序50Hz基波分量、正、负序谐波分量，所述步骤14中，正序50Hz基波分量经过Clark变换、Park变换变成了直流分量，负序50Hz基波分量经Clark变换、Park变换变成了 2次谐波，原来三相电网电压信号中的直流分量经过Clark变换、Park变换变成50Hz交流分量，原来所有η次正序谐波分量将降低I次变成n-Ι次谐波，原来所有η次负序谐波分量将增加I次变成η+1次谐波。
3.根据权利要求I或2所述的逆变器电压前馈直流分量的抑制方法，其特征在于，通过AD采样信号调理电路采样三相电网电压信号ua、ub, uc。
4.根据权利要求I或2所述的逆变器电压前馈直流分量的抑制方法，其特征在干，具体包括以下步骤 设时间t，电网エ频周期为T，每1/4エ频周期T采样η个三相电网电压信号数据； 当O く t < 1/4Τ时，采样三相电网电压信号数据，经过Clark变换、Park变换，得到坐标变换后的有功分量和无功分量，分别为4、<、...、<和く、"、···、<; 当t > 1/4T时，采样三相电网电压信号数据，经过Clark变换、Park变换，得到坐标变换后的有功分量和无功分量，分别为<+ΛΓ和<+'Ν=1、2、…3n，则滤除直流分量后的有功分量控制指令^^无功分量控制指令^为
5.根据权利要求I或2所述的逆变器电压前馈直流分量的抑制方法，其特征在干， 设时间t，电网エ频周期为T，每1/4エ频周期采样η个三相电网电压信号数据，所述逆变器电压前馈直流分量的抑制方法具体包括依序进行的以下步骤 步骤10 :建立2个长度为η的数组a [η]和b[n]； 步骤20:当O < t < 1/4T时，实时采样三相电网电压信号数据，经过Clark变换、Park变换，得到坐标变换后的有功分量和无功分量，分别为4ヽu2d、…、< 和<,、!丨I、…、<，将有功分量依次存入数组a [η]，无功分量依次存入数组b [η]；步骤30:当t > 1/4T时，有功分量控制指令し和无功分量控制指令ニ为
6.根据权利要求I所述的逆变器电压前馈直流分量的抑制方法，其特征在于，所述Park坐标变换中用到的角度通过将所述三相电网电压信号锁相后查表或者直接计算获取。
7.ー种使用如权利要求I至6任一项所述的逆变器电压前馈直流分量的抑制方法的逆变器的控制方法，其特征在于，包括下述步骤 步骤I :采样获取直流电源输出的直流母线电压Ud。、直流电流id。，根据最大功率跟踪点算法，计算出当前最大功率点时的直流母线电压Utto，当前的直流母线电压Ud。减去当前最大功率点时的直流母线电压Udra，得到直流母线电压需要的变换量Autk,该变换量经PI控制器输出有功指令电流指令，无功指令电流指令く./‘ _Q ； 步骤2 :采样逆变器输出的三相交流电流信号ia、ib、i。，经Clark、Park坐标变换得到实际电流的有功分量id和无功分量i,，有功分量id和无功分量i,分别和有功指令电流泛和无功指令电流ぐ做差计算，得到有功指令电流偏差Aid和无功指令电流偏差Aiq,有功指令电流偏差Aid和无功指令电流偏差Aiq分别经PI控制器处理，得到有功电压控制量Ucd和无功电压控制量U。，； 步骤3 :利用逆变器电压前馈直流分量的抑制方法计算无功分量控制指令&和有功分量控制指令ん，并将无功电压控制量U。,和有功电压控制量Ued分别与无功分量控制指令和有功分量控制指令L相加，得到无功控制指令<和有功控制指令右; 步骤4 :有功控制指令Mj=、无功控制指令< 再经过Park逆变换，得到<、Mj这两个SVPWM波形发生的入口变量； 步骤5 :利用数字处理器产生PWM波形控制逆变器运行。
8.如权利要求7所述的逆变器的控制方法，其特征在于，所述步骤I中，当AUdc;>0吋，通过PI控制器，增大输出有功电流的方法，拉低直流母线电压；反之，当AudcXO时，通过PI控制器，减少输出有功电流的方法，相应地使直流母线电压上升。
9.如权利要求7所述的逆变器的控制方法，其特征在于，所述步骤3中，设程序启动的时间为V当b兰1/4エ频周期时，将三相电网电压信号ua、ub, uc经过Clark变换、Park变换，得到的有功分量Ud和无功分量u,作为前馈控制指令； 当b > 1/4エ频周期时，将利用逆变器电压前馈直流分量抑制方法计算的无功分量控制指令Iq和有功分量控制指令 "作为前馈控制指令。
10.如权利要求7所述的逆变器的控制方法，其特征在于，所述逆变器为光伏并网逆变器，所述步骤I中直流电源为光伏板。
全文摘要
本发明提供一种逆变器电压前馈直流分量的抑制方法，包括采样三相电网电压信号ua、ub、uc；三相电网电压信号先经过Clark变换、Park变换，得到坐标变换后的有功分量ud和无功分量uq；无功分量和有功分量对应的关系移相90°做和差计算分别得到无功分量控制指令和有功分量控制指令，彻底消除无功分量控制指令和有功分量控制指令的直流分量。 本发明还提供一种使用逆变器电压前馈直流分量的抑制方法的逆变器的控制方法。本发明的优点在于滤除直流经d-q变换的分量后，其它分量作为前馈控制指令叠加到电流经过PI调节器后的控制量上，不仅处理速度快、而且能一次彻底消除逆变器输出的直流分量。
文档编号H02M7/537GK102664545SQ201210169269
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者曹仁贤, 李俊, 汪耀华, 潘年安, 赵为, 陶磊 申请人:阳光电源股份有限公司