基于电网电压定向的双闭环并网控制策略

1、精选优质文档-倾情为你奉上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，所谓电网电压定向即在同步旋转坐标系下，电网矢量E与d轴重合。基于电网电压定向的三相VSI的输出电流矢量图如图3-4所示，图中，I为逆变器侧电流矢量，E为电网

2、矢量，e、e 为电网电压矢量E在静止坐标系下的分量，i、i分别为逆变器侧电流矢量I在静止坐标系下的分量，id、iq分别为逆变器侧电流矢量I在旋转坐标系下的分量。图3-4 基于电网电压定向的三相VSI的输出电流矢量图电网电压定向后，有ed=|E|，eq=0 ，结合瞬时功率理论，可得电网有功功率和无功功率的表达式如式(3-4)，从该式可知，若电网电压不变，则可以通过id和iq间接控制并网的有功功率和无功功率。(3-4)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)。从该式可知，直流侧电压udc可通过交流侧电流id控制，即电压外环的输出可以作为有功电流的给定id*。 (3-4) （

3、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 (3-5) 式中，ed、eq 电网电压E在d、q轴上的分量；id、iq分别为逆变器桥臂侧电流矢量I在d、q轴上的分量；vd、vq分别为逆变器桥臂电压矢量V在d、q轴上的分量；p为微分算子。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， 采用前馈解耦控制策略。电流内环采用的是PI调节器，则vd、vq的控制方程 (3-6) (3-7)式中， id*、iq*分别为电流id、iq的给定值；KiP为比例增益；KiI为积分增益。根据式(3-6)、(3-7)，可以画出如图3-5所示的电流内环控

4、制结构。id*由电压外环的输出给定，iq*给定值为0，id、iq由两个相同的PI调节器独立控制。图3-5 电流内环控制结构根据电流内环的控制结构，可以画出其控制框图，如图3-6。该框图不考虑电网电压扰动，采样保持器用一个小惯性环节代替，Ts为开关管采样周期，逆变器也可以等效为一个小惯性环节，时间常数为采样周期Ts的一半，设逆变器的增益为KPWM，则逆变器环节可以等效为。图中，。图3-6 电流内环控制框图电流内环按典型I型系统设计，令i=L/R，并合并小时间常数，则根据图3-6的控制框图，可得电流内环的开环传递函数Woi为(3-8)按照典型I型系统最优参数设计原则，令阻尼比=0.707时，可得最

5、优控制效果，此时可得KiP、KiI数值(3-9)(2) 电压外环的设计在对电压外环进行设计时，需考虑电流内环的影响。根据前面得出的电流内环开环传递函数，在开关周期Ts较小时，可以将其闭环传递函数Wci简化为式(3-10)，从该式可看出，电流内环相当于一阶惯性环节。(3-10)在稳态时，直流母线电压为Udc，结合式(3-4)，可以推出直流侧电流idc与电流内环输出电流id的关系为(3-11)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环节。这样就可以画出电压外环的控制框图，如图3-7所示。图中，Tu为电压外环采样时间常数；KuP为电压外环比例增益； u积分时间常数，u=KuP/KuI，KuI为积分增益；C为直流母线侧电容。图3-7 电压外环的控制框图将电压外环采样时间常数Tu与电流环的惯性环节3Ts合并，可以得到等效时间常数。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(3-12)由式3-12可知，电压环