本發(fā)明涉及輸配電技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種不平衡、非線性負載條件下的三相四橋臂逆變器控制方法。

背景技術(shù)：

近年來，我國大力發(fā)展包括新能源在內(nèi)的分布式發(fā)電，以應(yīng)對全球經(jīng)濟發(fā)展的需求和能源日益匱乏的困局。目前，在電力系統(tǒng)中，逆變器已成為電源系統(tǒng)必不可少的組成部分，其作為分布式發(fā)電系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換與控制過程中的核心組成，影響和決定著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、可靠、效率，甚至使用壽命和成本，已然成為分布式發(fā)電發(fā)展和應(yīng)用中的關(guān)鍵。

但與此同時，配電網(wǎng)中不平衡、非線性負載在用戶側(cè)、電網(wǎng)側(cè)大量存在且日益增多。不平衡負載會引起逆變器的三相輸出電壓不對稱，是導致電力系統(tǒng)中三相輸出不對稱的主要原因，而非線性負載則會導致逆變器輸出波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生大量的直流分量、諧波分量，惡化電能質(zhì)量。由于傳統(tǒng)三相三橋臂逆變器受限于自身拓撲結(jié)構(gòu)，無法控制其濾波電容中點與直流母線電壓中點間的電位關(guān)系，不具備帶不平衡負載能力，因此，近年來對不平衡、非線性負載條件下三相逆變器的控制技術(shù)研究受到了廣泛關(guān)注。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種不平衡、非線性負載條件下的三相四橋臂逆變器控制方法，解決配電網(wǎng)中不平衡、非線性負載導致的逆變器三相輸出電壓不對稱、波形畸變問題，實現(xiàn)不平衡、非線性負載條件下三相四橋臂逆變器的三相輸出電壓對稱輸出，同時對其中直流分量、諧波分量進行有效抑制。

本發(fā)明的目的是以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種不平衡、非線性負載條件下的三相四橋臂逆變器控制方法，包括如下步驟：

步驟一、實時采樣三相四橋臂逆變器三相輸出電壓幅值、相位、頻率，分解處理后通過abc/dq0坐標變換實現(xiàn)對其的解耦控制；

步驟二、結(jié)合重復控制技術(shù)和PI控制技術(shù)分別對d、q、0軸進行閉環(huán)控制，達到控制目標；

步驟三、在dq0/abc坐標變換后采用基于abc坐標系的三維空間矢量調(diào)制技術(shù)，實現(xiàn)對三相四橋臂逆變器四個橋臂的觸發(fā)控制。

進一步的，所述步驟一的具體實現(xiàn)過程如下：

a)實時采樣三相四橋臂逆變器三相輸出電壓幅值、相位，并將三相輸出電壓分解為正序、負序、零序電壓分量：

${\stackrel{\·}{U}}_a={\stackrel{\·}{U}}_{a\left(1\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{a\left(2\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{a\left(0\right)}---\left(1\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_b={\stackrel{\·}{U}}_{b\left(1\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{b\left(2\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{b\left(0\right)}---\left(2\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_c={\stackrel{\·}{U}}_{c\left(1\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{c\left(2\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{c\left(0\right)}---\left(3\right)$

式(1)～(3)中腳標(1)、(2)、(0)分別代表正序、負序、零序分量；

b)將分解三相四橋臂逆變器三相輸出電壓得到的正序、負序、零序分量分別進行Park變換，實現(xiàn)解耦控制：

進一步的，所述步驟二結(jié)合重復控制技術(shù)和PI控制技術(shù)分別對d、q、0軸進行閉環(huán)控制，使d軸電壓分量控制目標為220√2V，q軸和0軸電壓分量控制目標為0V，

其中重復控制方面，將上一個工頻周期某時刻的采樣值與控制目標進行比較計算得到輸出偏差，并與本工頻周期對應(yīng)時刻比較計算得到的偏差進行累加，作為被控對象的反饋量，并將累加值繼續(xù)應(yīng)用到下一個周期，循環(huán)往復；

PI控制方面，將以載波周期為單位采樣得到的采樣值與控制目標比較計算得到輸出偏差，并直接作為被控對象的反饋量。

本發(fā)明通過采用三相四橋臂逆變器，利用其能夠?qū)崿F(xiàn)三相電壓輸出相互獨立的特點，提出了一種不平衡、非線性負載條件下的三相四橋臂逆變器控制方法，解決了配電網(wǎng)中不平衡、非線性負載導致的三相電壓不對稱、波形畸變問題，滿足了目前對三相逆變器同時帶不平衡、非線性負載能力日益增高的需求。

附圖說明

圖1為三相四橋臂逆變器拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明不平衡、非線性負載條件下的三相四橋臂逆變器控制方法的控制原理框圖；

圖3為本發(fā)明中重復控制的基本原理框圖；

圖4為本發(fā)明中不平衡、非線性負載條件下的三相四橋臂逆變器三相輸出電壓仿真波形圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。

請參考圖1及圖2，本發(fā)明提供一種不平衡、非線性負載條件下的三相四橋臂逆變器控制方法，包括如下步驟：

步驟一、實時采樣三相四橋臂逆變器三相輸出電壓幅值、相位、頻率，分解處理后通過abc/dq0坐標變換實現(xiàn)對其的解耦控制。

所述步驟一的具體實現(xiàn)過程如下：

a)實時采樣三相四橋臂逆變器三相輸出電壓幅值、相位，并將三相輸出電壓分解為正序、負序、零序電壓分量：

${\stackrel{\·}{U}}_a={\stackrel{\·}{U}}_{a\left(1\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{a\left(2\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{a\left(0\right)}---\left(1\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_b={\stackrel{\·}{U}}_{b\left(1\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{b\left(2\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{b\left(0\right)}---\left(2\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_c={\stackrel{\·}{U}}_{c\left(1\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{c\left(2\right)}+{\stackrel{\·}{U}}_{c\left(0\right)}---\left(3\right)$

式(1)～(3)中腳標(1)、(2)、(0)分別代表正序、負序、零序分量。

b)將分解三相四橋臂逆變器三相輸出電壓得到的正序、負序、零序分量分別進行Park變換，實現(xiàn)解耦控制：

分析式(4)～(6)可知：

1)當三相負載平衡時，三相四橋臂逆變器輸出電壓無負序、零序分量，在dq0坐標系下合成的空間矢量相對于dq0坐標系靜止，在d軸和q軸上的分量為某一定值，在0軸上分量為0；

2)當三相負載不平衡時，三相四橋臂逆變器輸出電壓中正序分量與1)情況一致；負序分量合成的空間矢量在dq平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)方向和dq0坐標系相反，在dq坐標軸上投影是正弦量的2倍頻，在0軸上的投影為0；零序分量在dq0坐標系下由0軸表征，是0軸上的正弦量。

3)實時采樣三相四橋臂逆變器三相輸出電壓幅值、相位，并對其進行離散傅里葉變換：

$u_o=\underset{n=0}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\[b_n\cos {\mathrm{n\ω}}_{1}t+a_n\sin {\mathrm{n\ω}}_{1}t\]---\left(7\right)$

式(7)中n代表正弦量倍頻次數(shù)，a_n、b_n(n≠0,1)分別為各次諧波正弦項和余弦項的幅值。

分析式(7)可知：

當三相負載非線性時，三相四橋臂逆變器輸出電壓可分解為基波分量與直流分量、高次諧波分量。

在dq0坐標系中，基波分量合成的空間矢量與三相負載平衡時情況類似；直流分量、諧波分量在dq坐標軸上投影為正弦量的n-1倍頻，在0軸上投影為0。

綜上所述，只需分別對d、q、0軸進行閉環(huán)控制，達到控制目標，即可實現(xiàn)對三相四橋臂逆變器三相輸出電壓的解耦控制。

步驟二、結(jié)合重復控制技術(shù)和PI控制技術(shù)分別對d、q、0軸進行閉環(huán)控制，達到控制目標。

具體的，結(jié)合重復控制技術(shù)和PI控制技術(shù)分別對d、q、0軸進行閉環(huán)控制，使d軸電壓分量控制目標為220√2V，q軸和0軸電壓分量控制目標為0V。

重復控制方面，將上一個工頻周期某時刻的采樣值與控制目標進行比較計算得到輸出偏差，并與本工頻周期對應(yīng)時刻比較計算得到的偏差進行累加，作為被控對象的反饋量，并將累加值繼續(xù)應(yīng)用到下一個周期，循環(huán)往復，如圖3所示。

PI控制方面，將以載波周期為單位采樣得到的采樣值與控制目標比較計算得到輸出偏差，并直接作為被控對象的反饋量。

步驟三、在dq0/abc坐標變換后采用基于abc坐標系的三維空間矢量調(diào)制技術(shù)(3D SVM)，實現(xiàn)對三相四橋臂逆變器四個橋臂的觸發(fā)控制。

仿真分析

為驗證本發(fā)明的可行性和有效性，基于MATLAB/Simulink進行仿真分析。

仿真說明：模擬不平衡非線性負載，對三相四橋臂逆變器進行開環(huán)、閉環(huán)控制實驗。

仿真參數(shù)：取a相負載為1kΩ，b相負載為2kΩ的正向半波負載、c相負載為2kΩ的反向半波負載。

仿真分析：仿真結(jié)果如圖4所示，可知開環(huán)、閉環(huán)控制前后，三相四橋臂逆變器三相輸出電壓波形由紊亂迅速趨近于正弦波，表明本發(fā)明能夠有效控制不平衡、非線性負載條件下的三相四橋臂逆變器三相輸出電壓。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。