500KW光伏逆变器软件设计方案.doc

500KW光伏逆变器软件设计方案书图2-5 克拉克变换由图示可得：可得轴状态方程如下Park变换：对abc三相进行克拉克变换，如图2-6所示：图2-6 帕克变换由图示可得：可得dq轴状态方程如下由上述分析可知：经过坐标旋转变换后，三相对称静止坐标系中的基波正弦变量将转化成同步旋转坐标系中的直流量，简化了控制系统的设计，但从dq轴状态方程可以看出，这是一个强耦合系统，q轴电流的变化对d轴的电流有影响，而d轴电流的变化对q轴也有影响，即d、q轴电流除受控制量Ud、U。影响外，还受耦合项、扰动和网侧电压的影响。2.2 三相桥式有源逆变器的调节器设计由dq轴的状态方程可得:由于dq变换之后系统是一个强耦合系统且受网侧电压的影响，因此需要采样前馈解耦控制策略。由于耦合相为、因此需对这两项解耦，同时加入网压前馈。控制采用PI控制。可设计的控制方程如下。经运算可得dq轴最终状态方程如下控制框图如2-7所示：图2-7 解耦控制图2.3 矢量控制（SVPWM）原理性分析在abc三轴上电压表达式如下所示矢量电压等于三相电压相加，如图2-8所示：图2-8 矢量电压图三相逆变器的开关信号(Sa，Sb，Sc)可以产生8种基本工作状态，如图2-4所示，即：100、110、010、011、001、101、lll、000，这八个矢量就称为基本电压矢量，可分别命名为U0(000)、U1(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、U7(111),如图2-9所示。图2-9 开关状态图在八种矢量中U0、U7称为零矢量，其余六个基本电压矢量是有效的，称做非零矢量。如图2-10所示，将复平面分为6个扇区。图2-10 扇区分布图实现矢量控制的算法首先要判断当前的电压矢量处在哪个扇区之中，由图2-10可知：如果当前矢量处于第一扇区，则显然，即可得条件：同理可得其他扇区条件，列举如下：进一步分析以上的条件，有可看出参考电压矢量Uref所在的扇区完全由，三式与0的关系决定，可令：在令N =A+2B+4C，由上述分析可得：当N=3时，Uref位于第扇区；当N=1时，Uref位于第扇区；当N=5时，Uref 位于第扇区；当N=4时，Uref 位于第扇区；当N=6时，Uref 位于第扇区；当N=2时，Uref 位于第扇区。可得表格如下：N315462扇区当判断完成电压矢量所处扇区，而后需要进行基本矢量的作用时间分析。图2-11 伏秒平衡法由图2-11可得：扇区Tx-ZZX-X-YYTyXY-YZ-Z-X图2-12 矢量作用时间图由图2-12可得：扇区Ton1TaTbTcTcTbTaTon2TbTaTaTbTcTcTon3TcTcTbTaTaTb通过Tonl，Ton2，Ton3与周期为Ts的三角载波进行比较，在时间段0，Tonx和TsTonx，Ts内输出低电平“0，时间段Tonx，Ts-Tonx内输出高电平“1”，这样就得到了六个扇区下逆变器功率管的开关状态，即可得到每个扇区下的SVPWM波。2.4 矢量控制（SVPWM）锁相原理分析SPLL的基本原理是将三相电压Ua，Ub，Uc转换到静止的坐标系中，再从静止的坐标系变换到旋转的d，q坐标系中，得到交流电压的直流分量Ud，Uq。如dq变换中的就是SPLL的相位输出，如果锁相角和电网电压相同，则直流分量Ud为额定值而Uq为零，因此可以将参考值0与Uq相减得到误差信号再经PI之后得到误差信号再与理论角频率相加后得到实际角频率，最后经过一积分环节即得到当前的电网相位，整个SPLL构成一个反馈，通过PI调节达到锁相目的。当电网电压平衡时成为三相对称系统，三相对称系统的瞬态表达式为 引入复数因子，则包含以下特性：则三相对称系统也可表达为如果电网电压不平衡时（大小不相同，相差不是120度但频率是相同）电网为不对称系统，三相电网电压的瞬态表达式为：不对称系统由正序分量、负序分量和零序分量3个部分合成。由坐标变换原理可知，三相不平衡电压经过坐标变换后，由变换式变换公式推理可得，零序分量经过坐标变换后为零，再将正序分量和零序分量分离。这样软件锁相的输出可以不受负序和零序的影响，可以保证软件锁相跟踪的是正序基波分量，从而达到抑制畸变电压的目的。三相不平衡电压经过坐标变换后，正负序分量表达如下：其中，为此刻轴上的幅值，Up，Un为正负序分量的幅值。T/4周期前的不对称矢量表示为简化运算后可得：结合上式和正负序分量表达式可得锁相框图如图2-13所示：图2-13 软件锁相框图2.5 矢量控制（SVPWM）直流电压利用率分析图2-14 直流电压利用率如图2-14所示，最大相电压给定为内切圆半径，U4长度为，因此内切圆半径为，可得线电压最大为* = 。因此直流电压利用率最大为1。与SPWM方式的比较采用SPWM调制方式时，波形如图2-15所示：图2-15 正弦脉宽波形由图可知，相电压基波为线电压计算过程如下由以上分析可得SVPWM调制方式直流电压利用率比SPWM直流电压利用率高2.6 最大功率点跟踪技术研究图2-16 光伏电池伏安特性曲线CVT模式图2-17 恒定电压法最大功率跟踪流程图MPPT（电导增量法）模式原理分析由输出功率特定图可知最大功率点出功率对电压的导数为零P=VI;即：D(P)/D(V)=0；也即：D(P)/D(V)