基于电网电压定向的双闭环并网控制策略

1、基于电网电压定向的双闭环并网控制策略 在单级式并网系统中，由于没有前级，无法实现直流母线电压的稳定，因此需通过并网逆变器实现直流母线电压的控制，故采用电压外环，电流内环的双闭环控制策略。 电压外环的作用是稳定直流母线电压，可通过引入一个PI调节器实现无静差控制，其给定为MPPT输出的最大功率点电压。电流内环分为有功电流内环和无功电流内环，分别引入一个PI调节器控制。有功无功电流的分离可以通过电网电压定向的矢量控制实现，E与d轴重合。基于电网电压定向所谓电网电压定向即在同步旋转坐标系下，电网矢量IE为电网矢3-4所示，图中，为逆变器侧电流矢量，的三相VSI的输出电流矢量图如图eeEii分别为逆变

2、器侧电流矢量量，在静止坐标系下的分量，、为电网电压矢量 IiiI在旋转坐标系下的分量。、 在静止坐标系下的分量，分别为逆变器侧电流矢量qd图3-4 基于电网电压定向的三相VSI的输出电流矢量图 eEe=0 ，结合瞬时功率理论，可得电网有功功率和无功|电网电压定向后，有，=|qdii间接控制并若电网电压不变，则可以通过和功率的表达式如式(3-4)，从该式可知，qd网的有功功率和无功功率。 33?p?ei?ei?ei? qqdddd?22(3-4) ?33?i?eiq?eei? qddqqd22?直流侧输入有功功率，不考虑逆变器损耗，则根据上式可得式(3-4)。从该u?pidcdcui控制，即电压

3、外环的输出可以作为有功电流可通过交流侧电流式可知，直流侧电压ddc*i。 的给定d3 (3-4) ie?iu?p ddcdcd2（1）电流内环的设计 电流内环在dq静止坐标系下进行设计，在dq静止坐标系下有以下关系 eiv?LR?Lp?ddd? (3-5) ?vei?LLp?R?qqqeeEiiI在dq轴上的分量；式中，分别为逆变器桥臂侧电流矢量、电网电压、在d、qdq dvvVp为微分算子。轴上的分量； 在dq轴上的分量；、分别为逆变器桥臂电压矢量qqd从式(3-5)可以看出，电流在d、q轴上的分量是互相耦合的，为实现解耦控制， 采vv的控制方程、PI调节器，则 用前馈解耦控制策略。电流内环

4、采用的是qdK*Ii?Li?ei)(i?v?(K?)(3-6) qqdqiPqsK*Ii?Li?ev?)(i?i?(K? (3-7) Pdqdddis*iiKiiK为积分增益。式中，为比例增益；、 分别为电流、的给定值；iiIqqd dP*i由电压外环的输，可以画出如图、根据式(3-6)(3-7)3-5所示的电流内环控制结构。d*iii 、调节器独立控制。由两个相同的出给定，PI给定值为0，qdq 电流内环控制结构图3-5 该框图不考虑电网电压。根据电流内环的控制结构，可以画出其控制框图，如图3-6T为开关管采样周期，逆变器也可代替，扰动，采样保持器用一个小惯性环节)1Ts?1(ssKT，则逆

5、以等效为一个小惯性环节，时间常数为采样周期设逆变器的增益为的一半，PWMs?。 。图中，变器环节可以等效为K1)?KK(0.5Ts?IPWMisPii图3-6 电流内环控制框图 =L/R，并合并小时间常数，则根据图3-6电流内环按典型I型系统设计，令的控iW为制框图，可得电流内环的开环传递函数 oiKKPWMiP(3-8) ?W oi?s(1.5TRs?1)Si按照典型I型系统最优参数设计原则，令阻尼比=时，可得最优控制效果，此时可得KK数值、 iiIP?R?iK? iP3TK?sPWM(3-9) ?KR?iP?K? iI?3TK?PWMis(2) 电压外环的设计在对电压外环进行设计时，需考虑

6、电流内环的影响。根据前面得出的电流内环开环TW简化为式(3-10)较小时，可以将其闭环传递函数传递函数，在开关周期，从该式可cis看出，电流内环相当于一阶惯性环节。 1(3-10) ?W ci1?3TssUi与电流内环(3-4)在稳态时，直流母线电压为，可以推出直流侧电流，结合式dcdci的关系为输出电流 d3edii?(3-11) ddc2Udc考虑电压外环的采样周期，需在电压外环的控制结构中，加入一小时间常数的惯性T为电压外环采样所示。图中，环节。这样就可以画出电压外环的控制框图，如图3-7uKKKKC为积分增益；=积分时间常数，时间常数；/为电压外环比例增益；uuuuuuII PP为直流母线侧电容。 图3-7 电压外环的控制框图 TT合并，可以得到等效时间常数与电流环的惯性环节将电压外环采样时间常数3usT?T?3T。根据图3-7电压外环控制框图，可以得到其开环传递函数为 suue?s?(e1)K3uPdu?W(3-12) uo2?Cs(T)1U2?sueudch为中频带宽，则有 可知，电压环为典型II型系统，设由式3-12?u(3-13) ?h TueCU(h?1)dcK? (3-1