一種改進滯環(huán)電流跟蹤方法在多功能逆變器中的應用

楊云 許華岳 王亞鵬

摘要：針對電網(wǎng)中非線性負載引起的電能質(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，提出一種改進的滯環(huán)電流跟蹤方法，能夠使開關頻率更為穩(wěn)定，達到很好的跟蹤精度.最后通過MATLAB-simulink進行仿真驗證.

關鍵詞：多功能逆變器;諧波檢測;電流跟蹤;PWM頻率

中圖分類號：TM646? 文獻標識碼：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)運行中電力電子設備會給公共電網(wǎng)帶去諧波污染，并且大量非線性負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撲結構和相似的控制策略，可將有源濾波器與光伏并網(wǎng)逆變器功能相結合，在同一臺逆變器上實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電功能和有源濾波功能[3-4].文獻[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損耗和噪聲過大.文獻[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.

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)采用一種改進滯環(huán)電流控制，使開關頻率更為固定.系統(tǒng)控制結構如圖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)電壓進行鎖相，得到電網(wǎng)的相位和頻率信息，被檢測的負載電流iLa、iLb、iLc經(jīng)過abc-αβ坐標變換后得到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坐標系下得到ip、iq，此時，因同步旋轉(zhuǎn)坐標變換時，旋轉(zhuǎn)坐標的旋轉(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)坐標系下為直流量，而諧波分量、直流分量通過旋轉(zhuǎn)坐標變換后都變?yōu)榻涣髁浚敲磇p、iq中都包含直流量和交流量：

3 仿真驗證

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

改進滯環(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，由于改進滯環(huán)控制開關信號是由載波跳變時產(chǎn)生，而載波頻率固定，所以改進滯環(huán)控制下逆變器開關頻率比傳統(tǒng)滯環(huán)控制下更為固定，達到了固定開關頻率的目的.

再對兩種控制方式下的逆變器輸出電流進行FFT分析，結果如圖6所示，左端為改進滯環(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，改進滯環(huán)控制下逆變器輸出電流的諧波含量更少，所以改進滯環(huán)控制方式更具優(yōu)越性，因此在本文在abc三相坐標系下的控制方案將采用改進滯環(huán)控制進行并網(wǎng)電流跟蹤.

單獨濾波模式下，斷開光伏列陣，負載為三相不可控整流橋帶70kW阻性負載的非線性負載，電網(wǎng)三相電流波形如圖7所示，逆變器投入運行前電網(wǎng)電流為典型馬鞍波，逆變器投入運行進行有源濾波后，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，負載為三相不可控整流橋帶60kW阻性負載的非線性負載與10kW線性負載并聯(lián).電網(wǎng)三相電流波形如圖9所示，逆變器未投入運行時，電網(wǎng)電流幅值約為58A，波形畸變嚴重;0.1s到0.2s期間，逆變器并網(wǎng)運行，逆變器發(fā)出有功，負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 結束語

由以上仿真驗證可知，諧波提取算法效果良好、指令電流合成算法正確，本文所提出的改進滯環(huán)電流跟蹤方法能夠使PWM頻率更穩(wěn)定、準確跟蹤指令電流，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.

參考文獻：

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