CN105186545B - 一种逆变器的电流平衡控制方法及逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种年期的电流平衡控制方法及逆变器，通过测量光伏逆变器的输出电流的有效值的平均值与网侧电流有效值的差来估算在环路中需要补偿的负序分量d，q，然后把所述负序分量添加到控制环路里面，对电流的不平衡度进行调节，实现对电流的平衡控制。

Description

一种逆变器的电流平衡控制方法及逆变器

技术领域

本发明涉及一种逆变器控制方法，具体地涉及一种逆变器的电流平衡控制方法及逆变器。

背景技术

随着并网逆变器技术的发展，由众多分布式并网发电单元构成或参与的小型微电网将成为一种可供选择的供电技术。但是因为电网容量及传输线阻抗的限制，其电网电压可能出现三相不平衡的状态。电压不平衡问题主要由于单相或非线性负载的不平衡分布所引起。因为不平衡状态下的零序电压成份不存在于三相三线系统中，而在三相四线系统亦可通过变压器中点不接地来消除零序电压成份的影响。所以，三相不平衡电压中的负序电压成份相对而言影响较大，会在用电负载中引起工作问题。一旦产生较大幅度的负序电压成份，电网将会对电机负载，电力电子变换器等用电系统造成影响，例如损耗加大、工作异常甚至停止运行。虽然一些并网用电系统通过从自身装置的控制改进出发以加强对电网电压不平衡的应对能力，但是很少有系统主动对电网电压不平衡进行补偿。近些年来，基于电力电子变换器的并网逆变器在小型电网中将起到一个较为重要的角色，不仅提供当地用电负载所需的电能，同时也参与对电能质量的改善。一种基于并网逆变器对网内电流谐波成份进行分布式补偿的方法被加入到并网发电系统的整体控制当中，但是没有考虑对负序电压的补偿。在电力系统中，电子变流装置运行时电压/ 电流不平衡是难免的。特别是在风电、光伏等变流器运行时，三相电压/ 电流低电压不平衡更是较为常见。这样不但相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了电网线路的损耗。 电流不平衡度越大，线损增量也越大。

发明内容

本发明的目的是：解决上述现有技术中存在的不足和问题，由于光伏逆变器本身三相之间的电路阻抗，和光伏逆变器到网侧传输线路的电路阻抗不相同，进而导致光伏逆变器三相电流稳态下不均衡， 提出一种通过在光伏逆变器的控制软件内部增设不平衡控制环路，来抑制网侧AC 的电流不平衡控制方法。

本发明的技术方案：通过测量光伏逆变器的输出电流的有效值的平均值与网侧电流有效值的差来估算在环路中需要补偿的负序分量d，q，然后把所述负序分量添加到控制环路里面，对电流的不平衡度进行调节。实现对电流不平衡控制。

本发明实施例提供一种逆变器的电流不平衡控制方法：其特征在于：所述方法包括：

步骤1 ：采样并分别计算逆变器的三相V、U、W的输出电流有效值Iv_rms、Iu_rms和Iw_rms并计算得到所述逆变器输出电流有效值的平均值I_rms_avg;

步骤2 ：分别计算所述逆变器V、U、W相的输出电流有效值与所述平均值的差值Iv_delta、Iu_delta和Iw_delta：

Iv_delta = Iv_rms – I_rms_avg;

Iu_delta = Iu_rms – I_rms_avg;

Iw_delta = Iw_rms – I_rms_avg;

步骤3 ：依据步骤2 获得的所述差值，分别计算U、V、W相所需的补偿量Iu_comp、Iv_comp、_Iw_comp并进而计算补偿量负序d ，q 的值Vdn_comp和Vqn_comp，根据Vdn_comp和Vqn_comp对逆变器的电流进行平衡。

优选的，所述步骤3中根据dn_comp和Vqn_comp对逆变器的电流进行平衡包括：

通过park逆变换把负序补偿量Vdn_comp和Vqn_comp分别变换为正序Alfa和 Beta补偿量vsan和vsbn；

将正、负序补偿量相加并将其和通过park逆变换转化为DQ分量，DQ分量计算得出一个代表三相控制信息的旋转矢量；

旋转矢量经SVPWM变换得出三相PWM控制指令，从而控制IGBT硬件电路。

优选的，平均值I_rms_avg 为（ Iv_rms+ Iu_rms+ Iw_rms）/3。

优选的，当某一相的所述差值小于设定的第一阈值时，该相当次的补偿值为该相上次的补偿值加k；当某一相的所述差值大于设定的第二阈值时，该相当次的补偿值为该相上次的补偿值减k；当某一相的所述差值在第一阈值和第二阈值之间时，该相当次的补偿值与该相上次的补偿值相同；k为大于0的常数。

优选的，第一阈值和第二阈值相同，为7A。

优选的，上述补偿量d ，q 的值，Vdn_comp, Vqn_comp;

通过

Vdn_comp = Iu_comp + Iv_comp*(-0.5) + _Iw_comp*(-0.5);

Vqn_comp = Iv_comp*(-0.866) + Iw_comp*(0.866);

获得。

进一步的，Iu_comp，Iv_comp，Iw_comp 为U,V,W 每一相的补偿值。

本发明实施例提出一种将上述获得的补偿量，添加到控制环路里面，对电流的不平衡度进行调节的光伏逆变器。该逆变器包括IGBT电路、不平衡补偿器以及控制器；

所述不平衡补偿器用于采样并分别计算逆变器网侧的三相V、U、W的输出电流有效值Iv_rms、Iu_rms和Iw_rms并计算得到所述逆变器输出电流有效值的平均值I_rms_avg，分别计算所述逆变器V、U、W相的输出电流有效值与所述平均值的差值Iv_delta、Iu_delta和Iw_delta；

依据所述差值，分别计算U、V、W相所需的补偿量Iu_comp、 Iv_comp、_Iw_comp并进而计算补偿量d ，q 的值Vdn_comp和Vqn_com；

其中：Iv_delta = Iv_rms – I_rms_avg;

Iu_delta = Iu_rms – I_rms_avg;

Iw_delta = Iw_rms – I_rms_avg；

所述控制器用于根据Vdn_comp和Vqn_comp对逆变器的电流进行平衡。

优选的，所述控制器用于通过park逆变换把负序补偿量Vdn_comp和Vqn_comp分别变换为正序Alfa和 Beta补偿量vsan和vsbn；将正、负序补偿量相加并将其和通过park逆变换转化为DQ分量，DQ分量计算得出一个代表三相控制信息的旋转矢量并将旋转矢量经SVPWM变换得出三相PWM控制指令，从而控制IGBT硬件电路。

优选的，所述不平衡补偿器用于当某一相的所述差值小于设定的第一阈值时，将该相当次的补偿值为该相上次的补偿值加k；当某一相的所述差值大于设定的第二阈值时，将该相当次的补偿值为该相上次的补偿值减k；当某一相的所述差值在第一阈值和第二阈值之间时，将该相当次的补偿值与该相上次的补偿值相同；k为大于0的常数。

优选的，所述不平衡补偿器用于通过下列公式获取补偿量d ，q 的值Vdn_comp,和Vqn_comp;

Vdn_comp = Iu_comp + Iv_comp*(-0.5) + _Iw_comp*(-0.5);

Vqn_comp = Iv_comp*(-0.866) + Iw_comp*(0.866)。

上述逆变器为三相逆变器。

有益效果

通过测量光伏逆变器的输出电流的有效值的平均值与网侧电流有效值的差来估算在环路中需要补偿的负序分量d，q，然后把所述负序分量添加到控制环路里面，对电流的不平衡度进行调节。实现对电流不平衡控制。

附图说明

图1 为本发明实施例的电流的矢量图，

图2 为本发明实施例的光伏逆变器的控制结构简化框图，

图3 为本发明实施例的负序补偿算法的流程图，

图4 为本发明实施例的光伏逆变器的控制环路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清查、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1 所示，为电流的矢量图，以U 相为例，我们假设电流三相的角度为标准的120 度，U 相的有效值比其他两相大I_delta_U A，如图1 示。

这时，我们通过向量旋转法来求这种情况下的电流负序分量，会得出负序向量在图1 中的dq 轴表示为（0，1/3*I_delta_U）。

同理，假如V 相比其他两相大I_delta_V A 的情况，算出来的负序电流分量为

( (- /2) *I_delta_V，(-1/2)* I_delta_V )

同理，假如W 相比其他两相大I_delta_W A 的情况，算出来的负序电流分量为

( ( /2) *I_delta_W，(-1/2)* I_delta_W )

这样，我们就在这三种情况下通过向量旋转法由三相电流的有效值求出了电流的负序分量(在三相电流相角为120 度的情况下)

而实际情况下，光伏逆变器网侧电流大小可能各不相同，但是都可以通过分解，归为上面三种情况的叠加。所以我们就可以在三相电流近似120 度的情况下，通过网侧电流有效值求出电流的负序分量，然后向相反的方向进行补偿，从而抑制电流不平衡度。

如图2 所示为：光伏逆变器的控制结构简化框图如下，我们的电流不平衡控制器输入是三相电流，经过计算后得出每一相需要补偿的负序分量值，其具体的方法为：

步骤1 ：采样并计算三相输出电流有效值的并求平均值I_rms_avg;

步骤2 ：计算每一相输出电流有效值与步骤1 获得的平均值的差值：

Iv_delta = Iv_rms – I_rms_avg;

Iu_delta = Iu_rms – I_rms_avg;

Iw_delta = Iu_rms – I_rms_avg;

步骤3 ：依据步骤2 获得的差值，估算每一相所需的补偿量d ，q 的值。

参数说明：上面控制方法中：当所述差值小于设定的阈值时（较佳的为7A，具体可视情况设定），该相的补偿值Iv_comp 不做改变。

如图3 所示，为本技术方案的，负序算法的流程图（以V 相为例），

当Iv_delta 大于设定的阈值时，每运行一次算法，补偿值Iv_comp减去0.01；当Iv_delta小于设定的阈值时，每运行一次算法，补偿值Iv_comp加上0.01；当Iv_delta在设定的阈值范围之间时，Iv_comp 不做改变。这样通过该程序算法的重复执行，就能获得该相的合适的补偿值 Iv_comp。同理可以得出其他两相的补偿值Iu_comp, Iw_comp。

通过以下公式：计算负序d 和q 的值Vdn_comp, Vqn_comp;

Vdn_comp = Iu_comp + Iv_comp*(-0.5) + _Iw_comp*(-0.5);

Vqn_comp = Iv_comp*(-0.866) + Iw_comp*(0.866)。

如图4所示：主逆变器控制环路进行补偿示意图，把Vdn_comp 和Vqn_comp加入主逆变器控制环路进行补偿:

先通过Park逆变换把负序补偿量Vdn_comp和Vqn_comp变换为Alf,Beta补偿量vsan,vsbn；然后这两个负序补偿量再和由正序计算的Alfa Beta 分量相加，然后进入后续的控制环路。

正负序Alfa Beta补偿量和通过park变换转化为DQ分量，DQ分量计算得出一个代表三相控制信息的旋转矢量（幅值和角度），这个旋转矢量然后经过后面的SVPWM变换得出三相PWM控制指令，从而控制IGBT等硬件电路。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (4)

1.一种逆变器的电流平衡控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：采样并分别计算逆变器的三相V、U、W 的输出电流有效值Iv_rms、Iu_rms 和Iw_rms 并计算得到所述逆变器输出电流有效值的平均值I_rms_avg；

步骤2：分别计算所述逆变器的三相V、U、W 的输出电流有效值与所述平均值的差值Iv_delta、Iu_delta 和Iw_delta：

Iv_delta=Iv_rms–I_rms_avg；

Iu_delta=Iu_rms–I_rms_avg；

Iw_delta=Iw_rms–I_rms_avg；

步骤3：依据步骤2 获得的所述差值，分别计算U、V、W 相所需的补偿量Iu_comp、Iv_comp、Iw_comp 并进而计算负序d，q 补偿量的值Vdn_comp 和Vqn_comp，根据Vdn_comp 和Vqn_comp 对所述逆变器的输出电流进行平衡；

其中，所述负序d，q 补偿量的值Vdn_comp和Vqn_comp通过如下公式获取：

Vdn_comp=Iu_comp+Iv_comp*(-0.5)+Iw_comp*(-0.5)；

Vqn_comp=Iv_comp*(-0.866)+Iw_comp*(0.866)；

其中，当某一相的所述差值小于设定的第一阈值时，该相当次的补偿值为该相上次的补偿值加k；当某一相的所述差值大于设定的第二阈值时，该相当次的补偿值为该相上次的补偿值减k；当某一相的所述差值在第一阈值和第二阈值之间时，该相当次的补偿值与该相上次的补偿值相同；k 为大于0 的常数。

2.如权利要求1 所述的方法，其特征在于，所述步骤3 中根据Vdn_comp 和Vqn_comp对逆变器的电流进行平衡包括：

通过park 逆变换把所述负序d，q补偿量Vdn_comp 和Vqn_comp 分别变换为正序Alfa和Beta 补偿量vsan 和vsbn；

将正、负序补偿量相加并将其和通过park 逆变换转化为DQ 分量，DQ 分量计算得出一个代表三相控制信息的旋转矢量；

旋转矢量经SVPWM 变换得出三相PWM 控制指令，从而控制IGBT 硬件电路。

3.如权利要求1 所述的方法，其特征在于，所述平均值I_rms_avg 为（Iv_rms+Iu_rms+Iw_rms）/3。

4.一种逆变器，其特征在于：所述逆变器包括IGBT 电路、不平衡补偿器以及控制器；

所述不平衡补偿器用于采样并分别计算逆变器的三相V、U、W 的输出电流有效值Iv_rms、Iu_rms 和Iw_rms 并计算得到所述逆变器输出电流有效值的平均值I_rms_avg，分别计算所述逆变器三相V、U、W 的输出电流有效值与所述平均值的差值Iv_delta、Iu_delta和Iw_delta：依据所述差值，分别计算U、V、W 相所需的补偿量Iu_comp、Iv_comp、Iw_comp并进而计算负序d，q补偿量的值Vdn_comp 和Vqn_com；

其中：Iv_delta=Iv_rms–I_rms_avg；

Iu_delta=Iu_rms–I_rms_avg；

Iw_delta=Iw_rms–I_rms_avg；

所述控制器用于根据Vdn_comp 和Vqn_comp 对逆变器的电流进行平衡；

所述控制器还用于通过park 逆变换把负序补偿量Vdn_comp 和Vqn_comp 分别变换为正序Alfa 和Beta 补偿量vsan 和vsbn；将正、负序补偿量相加并将其和通过park 逆变换转化为DQ 分量，DQ 分量计算得出一个代表三相控制信息的旋转矢量并将旋转矢量经SVPWM 变换得出三相PWM 控制指令，从而控制IGBT 硬件电路；

所述不平衡补偿器用于当某一相的所述差值小于设定的第一阈值时，将该相当次的补偿值为该相上次的补偿值加k；当某一相的所述差值大于设定的第二阈值时，将该相当次的补偿值为该相上次的补偿值减k；当某一相的所述差值在第一阈值和第二阈值之间时，将该相当次的补偿值与该相上次的补偿值相同；k 为大于0 的常数；

所述不平衡补偿器用于通过下列公式获取负序d，q补偿量的值Vdn_comp和Vqn_comp：

Vdn_comp=Iu_comp+Iv_comp*(-0.5)+Iw_comp*(-0.5)；

Vqn_comp=Iv_comp*(-0.866)+Iw_comp*(0.866)。