專利名稱：一種三相太陽能逆變輸出波形動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相太陽能輸出波形控制方法，尤其是涉及一種三相太陽能逆 變輸出波形動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法。
背景技術(shù)：
在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為交流 電，輸出給用戶的交流電的質(zhì)量是衡量逆變器性能的一個(gè)重要指標(biāo)。然而由于系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中存在的參數(shù)不匹配或一些非線性現(xiàn)象，如電路中電阻、電容和電感參數(shù)的偏差和功率 管的開關(guān)死區(qū)等，使得輸出波形有較大的諧波；另一方面由于非線性負(fù)載及動(dòng)態(tài)上載和 去載等的影響，也會(huì)使得輸出波形發(fā)生嚴(yán)重畸變。高品質(zhì)的輸出是太陽能發(fā)電系統(tǒng)并入 大電網(wǎng)的必要條件，同時(shí)高品質(zhì)的輸出對(duì)于離網(wǎng)運(yùn)行的太陽能發(fā)電系統(tǒng)是有效保障各類 用電設(shè)備正?？煽窟\(yùn)行的關(guān)鍵因素。因此，隨著太陽能發(fā)電的推廣和應(yīng)用，逆變輸出波 形控制技術(shù)愈發(fā)重要。隨著高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，當(dāng)今的太陽能逆變系統(tǒng)控 制大部分采用數(shù)字控制方法，硬件設(shè)計(jì)簡單，調(diào)試方便，可靠性高，能克服模擬控制存 在的分散性大、溫度漂移及器件老化等問題。由于DSP具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和快的 響應(yīng)速度，配合高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，DSP能瞬時(shí)讀取太陽能逆變輸出值，采用先進(jìn)的 控制策略，可以對(duì)負(fù)載動(dòng)態(tài)變化產(chǎn)生的諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使得逆變器輸出高品質(zhì)的波 形。對(duì)于三相輸出太陽能系統(tǒng)，如果使用三個(gè)獨(dú)立的全橋單相逆變器，會(huì)增加功率 開關(guān)管如IGBT的數(shù)目，成本升高，同時(shí)采取三個(gè)控制系統(tǒng)，計(jì)算量大，難以控制三相 平衡。采用三相半橋拓?fù)涞哪孀兤鳎瑴p少了功率開關(guān)管的數(shù)目，降低了成本，但三相輸 出相互影響，加大了控制算法的難度。本發(fā)明主要針對(duì)后一種逆變器設(shè)計(jì)了新的控制方法。目前，實(shí)現(xiàn)三相太陽能逆變輸出的波形控制技術(shù)有(1)比例積分控制(PI控 制)。三相輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路送入DSP數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，將轉(zhuǎn)換結(jié)果存于DSP中，經(jīng) Clarke和Park變換后，生成電流dq分量，得到輸出電流的反饋信號(hào)，再與給定dq分量進(jìn) 行比較，其偏差信號(hào)經(jīng)PI控制器，得到脈沖控制量。單單使用PI控制的方法能有較好 的動(dòng)態(tài)性能，但是輸出波形的穩(wěn)態(tài)性能較差。(2)對(duì)三相分別使用重復(fù)控制方法。利用 控制系統(tǒng)的內(nèi)模原理，設(shè)計(jì)一個(gè)重復(fù)控制器，使得系統(tǒng)能跟蹤輸出誤差，用一個(gè)周期信 號(hào)保持器消除周期參考信號(hào)或者擾動(dòng)引起的周期跟蹤誤差。重復(fù)控制能保證輸出波形， 但由于重復(fù)控制得到的控制指令不是立即輸出給系統(tǒng)，而是滯后一個(gè)參考周期信號(hào)才輸 出，使得干擾出現(xiàn)后的一個(gè)參考周期內(nèi)，系統(tǒng)對(duì)干擾不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)作用，因此重復(fù)控 制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度非常慢。(3)對(duì)三相分別使用PI控制和重復(fù)控制相結(jié)合的方法。 對(duì)每一相輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換后的結(jié)果存入DSP中，得到單相輸出的反饋信 號(hào)，將此反饋信息與給定正弦表的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，其偏差信號(hào)根據(jù)PI控制算法得到脈沖控制量；同時(shí)對(duì)每相實(shí)施重復(fù)控制方法，將控制輸出量疊加在PI控制器的輸出上， 保證每相輸出波形的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。后兩種方法對(duì)每相單獨(dú)控制，難以控制三相 的平衡，在PI控制和重復(fù)控制相結(jié)合的方法中，由于重復(fù)控制輸出量總是疊加在PI控制 輸出上，當(dāng)負(fù)載發(fā)生較大的擾動(dòng)時(shí)，如上載和去載過程中，電壓會(huì)總體抬高或降低，輸 出正負(fù)不對(duì)稱，在隔離變壓中引起較大的直流分量，會(huì)導(dǎo)致直流偏磁現(xiàn)象，嚴(yán)重影響變 壓器的運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種簡單、高效、 易于實(shí)現(xiàn)的三相太陽能逆變輸出波形動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種三相太陽能逆變輸出波形動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法，其特征在于，該方法包括以 下步驟1)三相太陽能逆變輸出電壓電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后輸入到DSP中， DSP采用模糊PI控制方法對(duì)其進(jìn)行三相矢量控制、計(jì)算調(diào)制比、計(jì)算三相SPWM波的脈 寬；2)DSP計(jì)算電流瞬間變化監(jiān)控值，判斷該值是否超過閾值，若為是，執(zhí)行步驟 3)，若為否，執(zhí)行步驟4)；3)DSP對(duì)每相一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)離散點(diǎn)的自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量和當(dāng)前補(bǔ)償偏差量全部清 零，執(zhí)行步驟5)；4)DSP對(duì)每相計(jì)算當(dāng)前電流輸出與理想正弦波的偏差，根據(jù)該偏差設(shè)定補(bǔ)償偏 差量，執(zhí)行步驟5)；5)DSP計(jì)算每相的下一個(gè)周期自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量；6)DSP將步驟5)計(jì)算所得的每項(xiàng)的下一個(gè)周期自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量加到各自的SPWM 波的脈寬上，得到最終的SPWM波的脈寬，并輸出三相SPWM波。所述的步驟1)中的DSP采用模糊PI控制方法對(duì)其進(jìn)行三相矢量控制、計(jì)算調(diào)制 比、計(jì)算三相SPWM波的脈沖寬度過程如下a.DSP獲得三相電壓電流值；b.對(duì)三相信號(hào)進(jìn)行Clarke變換，將三個(gè)標(biāo)量的控制通過空間矢量變換方法轉(zhuǎn)換為 一個(gè)矢量的控制；c.進(jìn)行Park變換，實(shí)現(xiàn)解耦控制得到d_q軸分量值ud，id和uq，iq ；d.利用ud、Uq和太陽能直流端最大功率追蹤控制器得到的功率值，計(jì)算出電流信 號(hào)給定值I和ζ;
權(quán)利要求
1.一種三相太陽能逆變輸出波形動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法，其特征在于，該方法包括以下 步驟1)三相太陽能逆變輸出電壓電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后輸入到DSP中，DSP采 用模糊PI控制方法對(duì)其進(jìn)行三相矢量控制、計(jì)算調(diào)制比、計(jì)算三相SPWM波的脈寬；2)DSP計(jì)算電流瞬間變化監(jiān)控值，判斷該值是否超過閾值，若為是，執(zhí)行步驟3)， 若為否，執(zhí)行步驟4)；3)DSP對(duì)每相一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)離散點(diǎn)的自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量和當(dāng)前補(bǔ)償偏差量全部清零， 執(zhí)行步驟5)；4)DSP對(duì)每相計(jì)算當(dāng)前電流輸出與理想正弦波的偏差，根據(jù)該偏差設(shè)定補(bǔ)償偏差 量，執(zhí)行步驟5)；5)DSP計(jì)算每相的下一個(gè)周期自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量；6)DSP將步驟5)計(jì)算所得的每項(xiàng)的下一個(gè)周期自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量加到各自的SPWM波的 脈寬上，得到最終的SPWM波的脈寬，并輸出三相SPWM波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相太陽能逆變輸出波形動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法，其特征在 于，所述的步驟1)中的DSP采用模糊PI控制方法對(duì)其進(jìn)行三相矢量控制、計(jì)算調(diào)制比、 計(jì)算三相SPWM波的脈沖寬度過程如下a.DSP獲得三相電壓電流值；b.對(duì)三相信號(hào)進(jìn)行Clarke變換，將三個(gè)標(biāo)量的控制通過空間矢量變換方法轉(zhuǎn)換為一 個(gè)矢量的控制；C.進(jìn)行Park變換，實(shí)現(xiàn)解耦控制得到d_q軸分量值ud，id和uq，iq ；d.利用ud、uq和太陽能直流端最大功率追蹤控制器得到的功率值，計(jì)算出電流信號(hào)給 定值^和ζ ；e.id和iq分別與給定^和^值進(jìn)行比較，其差值作為模糊PI調(diào)節(jié)器的輸入^AO = C-iAOeq(t) = Itq-IqH)f.設(shè)定模糊PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，當(dāng)ed(t)值大時(shí)，比例因子Kpd和積分因子Kld取大值；當(dāng) ed⑴值小時(shí)，Kpd和Kld取小值；g.計(jì)算模糊PI調(diào)節(jié)器輸出i ‘ d (t) = i ‘ d(t-l) +Kpd (ed (t) -ed (t-1)) +Klded (t)i' q (t) = i' q (t-1) +Kpq (eq (t) -eq (t-1)) +Kiqeq (t)h.計(jì)算調(diào)制比M = ^i'd{tf+i'q{tfi.利用對(duì)稱規(guī)則采樣法計(jì)算三相雙極性SPWM波的翻轉(zhuǎn)時(shí)間CMPRX =ZL 21 + M sinf I Ν JJCMPR2 =ZL 21 + M sin(Ink U"2π
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相太陽能逆變輸出波形動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法，其特征在 于，所述的步驟2)中的DSP計(jì)算電流瞬間變化監(jiān)控值如下
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相太陽能逆變輸出波形動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法，其特征在 于，所述的步驟4)中的DSP對(duì)每相計(jì)算當(dāng)前電壓輸出與理想正弦波的偏差，根據(jù)該偏差 設(shè)定補(bǔ)償偏差量步驟如下設(shè)Scmpr, k(t)初始值為零，對(duì)每相計(jì)算當(dāng)前電流輸出與理想正弦波的偏差ek(t) = i*k(t)-ik{t)設(shè)定自學(xué)習(xí)補(bǔ)償值ecMPR, k(t)對(duì)|ek(t)|進(jìn)行分段處理，在同一段內(nèi)eeMPR, k(t)值保持不變；如果|ek(t)|為大值，則 ecMPR, k(t)取大值，如果|ek(t)|為小值，k(t)取小值；區(qū)間閾值的大小根據(jù)系統(tǒng) 參數(shù)決定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相太陽能逆變輸出波形動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法，其特征在 于，所述的DSP計(jì)算每相的下一個(gè)周期自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量Scmpr, k(t+l)如下
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三相太陽能逆變輸出波形動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法，包括以下步驟1)DSP對(duì)三相太陽能逆變輸出電壓電流信號(hào)進(jìn)行三相矢量控制；2)DSP計(jì)算電流瞬間變化監(jiān)控值，判斷該瞬間變化監(jiān)控值是否超過閾值，若為是，執(zhí)行步驟3)，若為否，執(zhí)行步驟4)；3)DSP對(duì)每相一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)離散點(diǎn)的自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量和當(dāng)前補(bǔ)償偏差量全部清零，執(zhí)行步驟5)；4)DSP對(duì)每相計(jì)算當(dāng)前電流輸出與理想正弦波的偏差，根據(jù)該偏差設(shè)定補(bǔ)償偏差量，執(zhí)行步驟5)；5)DSP計(jì)算每相的下一個(gè)周期自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量；6)DSP將步驟5)計(jì)算所得的每項(xiàng)的下一個(gè)周期自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量加到各自的SPWM波的脈寬上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有簡單、高效等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102013681SQ201010510479
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者卿湘運(yùn), 楊富文 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)