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1、并网逆变器控制策略研究姜帅(山东理工大学电气与电子工程学院，山东淄博255091)摘要：并网逆变器的控制策略是实现有效并网的关键。本文介绍了基本的调制技术与电压相位检测技术,为后续控制策略的展开打下了基础。接下来,对目前主流的几种内环控制策略进行了分析,并选择基于网侧电压定向的直接电流控制策略进行了设计。关键词：并网逆变器控制策略调制检测技术内环控制中图分类号：TK81文献标识码：A在三相并网逆变器控制系统中,并网的电流必须是与电网电压同频同相的正弦波电流,另外直流侧母线电压的稳定也非常重要。并网逆变器的控制通常采用双闭环的控制方案。外环采用直流母线电压环,以控制母线电压的稳定；内
2、环常采用的有两种控制方案,一种是电流内环闭环,另外一种是采用直接功率控制,内环的作用主要是跟踪外环输出的指令信号,如实现电流的正弦控制或者系统的有功功率无功功率的控制。内环控制动态性能的好坏对外环有着直接影响,因此控制系统的内环设计非常关键。内环采用的两种主要控制方案中,电流内环控制技术又分为间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制不需要采取电流信号,控制结构相对简单,但是对系统的参数很敏感,不利于滤波参数的设计,系统的动态性能较差,此种控制方式主要用在动态响应要求不高的场合。直接电流控制以实际电流采样作为反馈量,系统的动态性能很高,便于系统参数的设计,但是控制算法相对复杂。内环的
3、另外一种控制方案是采用直接功率控制,系统的有功和无功实现了解耦控制,由瞬时无功功率理论,系统的有功分量和无功分量可以在两相静态坐标系下得到,也使坐标变换得以简化,系统的动态响应快。除了上面两种内环控制方案外,基于虚拟磁链的内环控制技术也得到广泛关注。将并网逆变器的网侧看作一台虚拟电机,虚拟电机的定子电感和定阻对应网侧电感及等效电阻。虚拟磁链对应网侧电压的积分。虚拟磁链的控制方案不需要采取网侧电压,使系统结构简化,提高了系统因网侧电压畸变引起的扰动,不过控制算法相对繁杂。1PWM调制技术及电压相位检测介绍1.1PWM调制技术PWM控制技术被广泛应用在变频调速和各种需要变流场合,其在逆
4、变电路中的应用最广,也正是有赖于在逆变电路中的应用,才确定了PWM技术在电力电子技术中的重要地位。本节着重介绍一下几种主要的调制技术。PWM（PulseWidthmodulation）调制技术被广泛应用在逆变器场合。主要的电压型PWM逆变器有正弦波PWM逆变器、提高直流电压利用率PWM型逆变器、消除特定谐波PWM逆变器、优化同步式PWM逆变器、跟踪型PWM逆变器、Delta逆变器。逆变器常用PWM的调制技术有SPWM、SHEPWM、CHBPWM、SVPWM。PWM（PulseWidthmodulation）称正弦波脉宽调制。其调制思想是以正弦波作为逆变...器输出的期望波形,载波是
5、比调制波高很多的等腰三角波,调制波用频率和期望波相同的正弦波,根据调制波与载波的交点来确定开关器件的能断,进而得到一系列等幅不等宽的矩形波,依据面积等效原则,这一系列矩形波就和期望的正弦波等效。通过软件方法生成的SPWM波主要有两种基本算法,即自然采样法和规则采样法。自然采样法所得到的SPWM波最接近正弦波,其是以正弦波为调制波,以等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断。但是由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一个周期内不等距,脉宽表达式计算繁琐,难以实时控制。规则采样法是一种较实用的工程应用方法。其原理是用三角波采样得到的阶梯波与三角波交点时刻
6、控制开关器件通断。该法的优点是计算简单,但是其直流电压利用率低,线性控制范围比较小。SHEPWM（SelectedHarmonicsElimination）称消除指定次谐波的PWM调制方式。目的是消去PWM波形中某些主要的低次谐波,其原理是对输出的电压波形按傅里叶级数展开,将K次谐波相电压幅值表示为：（1）首先确定基波分量的值,然后再令要选择的几个低次谐波为零,建立方程组,求出对应的，这样就可以消去指定的几个频率的谐波,但此方法计算比较复杂,而且消除特定谐波的同时可能引入高次谐波。CHBPWM（CurrentHysteresisBandPWM）称电流滞环跟踪PWM。其原理是将每相电
7、流反馈回来的电流与电流给定值时经滞环比较器,得到相应桥臂开关器件的开关状态,从而使电流能按指令电流进行变化。此方法动态性能好,但开关频率是一个变量,而且和滞环的宽度、直流侧电压及电感值相关,会造成较为严重的噪音。SVPWM（SpaceVectorPWM）称电压空间矢量PWM,又称磁通正弦PWM波。其原理是以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的。用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的开关器件
