本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領域，涉及一種單相并網(wǎng)變流器的控制方法。

背景技術(shù)：

隨著微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，單相并網(wǎng)變流器在其中有著越來越重要的作用，在各種場合得到了廣泛的應用。因此，單相變流器及其控制技術(shù)成為近來的研究熱點。

基于同步旋轉(zhuǎn)坐標系的pi控制已經(jīng)在三相系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。該方法可以實現(xiàn)有功無功獨立控制，因此又稱為矢量控制。通過矢量控制技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)對并網(wǎng)電流的無靜差跟蹤，而且具有動態(tài)響應快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

與三相并網(wǎng)逆變器相比，單相并網(wǎng)逆變器主電路缺少一個自由度，無法直接通過靜止/旋轉(zhuǎn)坐標變換將交流量轉(zhuǎn)換成直流量。傳統(tǒng)的解決方案是單相電壓移相60°以構(gòu)建虛擬的三相電壓和單相電壓移相90°以構(gòu)造與實際物理量相正交的虛擬量。這兩種方案分別是實際物理量延時1/6個電網(wǎng)周期和1/4個電網(wǎng)周期，給實際的控制帶來不利影響，會惡化系統(tǒng)的動態(tài)響應。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種單相并網(wǎng)變流器的控制方法，該方法較傳統(tǒng)的方法具有較好的動態(tài)響應速度，對控制性能的影響較小。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種單相并網(wǎng)變流器的控制方法，包括如下步驟：

1.電壓定向鎖相環(huán)

1)采集網(wǎng)端電壓uac，利用新型虛構(gòu)方法，虛構(gòu)出虛擬的三相電壓ua、ub和uc。

2)進行clarke變換將虛擬的三相電從靜止的三相坐標系變換到兩相靜止坐標系，以得到定向角θ實現(xiàn)電壓定向。

2.電壓外環(huán)控制

1)采集h橋的直流側(cè)電容電壓udc，作為直流反饋電壓值，并與給定的直流側(cè)電壓值做差比較后通過電壓調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)。

2)將電壓調(diào)節(jié)器的輸出量作為d軸電流參考值與給定的q軸電流給定值進行clarke反變換和park反變換，得到abc坐標系下的電流參考值。

3.電流內(nèi)環(huán)控制

1)只取abc坐標系其中的a相的交流電流參考值與檢測得到的交流電流實際值iac進行比較，之后通過電流調(diào)節(jié)器得到單相的電壓參考值。

2)使用該電壓參考值進行pwm調(diào)制，以實現(xiàn)對h橋交流側(cè)電流的控制。

本發(fā)明的優(yōu)點：

本發(fā)明對有功和無功功率分別獨立控制，控制性較高。與現(xiàn)有的延時60°和90°的延時1/6工頻周期和1/4工頻周期相比，本發(fā)明只需要超前1/12工頻周期，實時性進一步提高，對控制性能的影響較小，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)響應速度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，配電網(wǎng)1、電抗器2、h橋3、電容4。

圖2為本發(fā)明延時30°換示意圖。

圖3為本發(fā)明αβ坐標系和dq坐標系間的變換圖。

圖4為現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明在網(wǎng)側(cè)電壓突變時電壓幅值和無功電流在a:iq＝50，電壓幅值和電流波形的比較圖。

圖中，(a)延時90°的電壓幅值和電流波形圖、(b)延時60°的電壓幅值和電流波形圖、(c)本發(fā)明的電壓幅值和電流波形圖。

圖5為現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明在網(wǎng)側(cè)電壓突變時電壓幅值和無功電流在a:iq＝-50，電壓幅值和電流波形的比較圖。

圖中，(a)延時90°的電壓幅值和電流波形圖、(b)延時60°的電壓幅值和電流波形圖、(c)本發(fā)明的電壓幅值和電流波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡述本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

本發(fā)明針對單相并網(wǎng)變流器缺少一個自由度的特點，根據(jù)單相交流電壓信號的離散數(shù)據(jù)，利用相電壓和線電壓的相量關(guān)系，通過移相30°來虛構(gòu)出虛擬的三相電壓。利用該方法來代替現(xiàn)有的延時方法，使整個系統(tǒng)的動態(tài)響應更加迅速。

一種單相并網(wǎng)變流器的控制方法，包括如下步驟：

1.電壓定向鎖相環(huán)

1)采集網(wǎng)端電壓uac，利用新型虛構(gòu)方法，虛構(gòu)出虛擬的三相電壓ua、ub和uc。

2)進行clarke變換將虛擬的三相電從靜止的三相坐標系變換到兩相靜止坐標系，以得到定向角θ實現(xiàn)電壓定向。

2.電壓外環(huán)控制

1)采集h橋3的直流側(cè)電容電壓udc，作為直流反饋電壓值，并與給定的直流側(cè)電壓值做差比較后通過電壓調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)。

2)將電壓調(diào)節(jié)器的輸出量作為d軸電流參考值與給定的q軸電流給定值進行clarke反變換和park反變換，得到abc坐標系下的電流參考值。

3.電流內(nèi)環(huán)控制

1)只取abc坐標系其中的a相的交流電流參考值與檢測得到的交流電流實際值iac進行比較，之后通過電流調(diào)節(jié)器得到單相的電壓參考值。

2)使用該電壓參考值進行pwm調(diào)制，以實現(xiàn)對h橋3交流側(cè)電流的控制。

單相并網(wǎng)變流器的控制結(jié)構(gòu)如圖1所示，采集配電網(wǎng)1的網(wǎng)端電壓uac，利用新型虛構(gòu)方法，虛構(gòu)出虛擬的三相電壓ua、ub和uc；將得到的虛擬三相電壓進行clarke變換將虛擬的三相電從靜止的三相坐標系變換到兩相靜止坐標系，以得到定向角θ實現(xiàn)電壓定向。采集h橋3的直流側(cè)電容電壓udc，作為直流反饋電壓值，并與給定的直流側(cè)電壓值做差比較后通過電壓調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)。將電壓調(diào)節(jié)器的輸出量作為d軸電流參考值與給定的q軸電流給定值進行clarke反變換和park反變換，得到abc坐標系下的電流參考值。只取abc坐標系其中的a相的交流電流參考值與檢測得到的交流電流實際值iac進行比較，之后通過電流調(diào)節(jié)器得到單相的電壓參考值；使用該電壓參考值進行pwm調(diào)制，以實現(xiàn)對h橋3交流側(cè)電流的控制。這里的h橋3的直流側(cè)與電容4相連；其交流側(cè)經(jīng)過電抗器2并入配電網(wǎng)1中。

本發(fā)明的坐標變換示意圖如圖2所示,

令a相相電壓為：則虛擬電壓為：

c相相電壓為：

b相相電壓為：

ub＝-ua-uc

將得出的三相電壓后進行clarke變換，可以采用下式表示

這樣可以直接求出其在兩相同步坐標系下的分量。

以三相電壓為例，park變換的數(shù)學表達式為：

由數(shù)學幾何關(guān)系和三角函數(shù)關(guān)系，可以得出

下面進行park逆變換

進而進行clarke逆變換

這樣就可以得出在abc坐標系下的電流參考值。

αβ坐標系和dq坐標系間的變換如圖3所示，電壓向量在αβ靜止坐標系的兩個坐標軸線上的投影分別為：和由圖可以得出，其在dq坐標系下的投影分別為和

將αβ坐標系下的uα和uβ進行坐標變換：

可以求出dq坐標系下的兩個分量ud和uq，用低通濾波器得到直流分量ud0和uq0，即：

則基波電壓的幅值和相角跳變?yōu)椋?/p>

如圖4、圖5所示，為現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明在網(wǎng)側(cè)電壓發(fā)生突變時電壓幅值和無功電流的比較。被檢測電壓信號的數(shù)學解析表達式為：

式中ω＝2πf＝314rad/s，為工頻角頻率。電壓uac在0.06～0.10s時間內(nèi)發(fā)生了幅值暫降50％，相角60°的跳變，持續(xù)時間為2個公頻周期，電壓暫降的發(fā)生和結(jié)束都是瞬時的。如圖4、圖5所示，三種方法的延時時間與工況延時情況一樣，對比可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的并網(wǎng)方法可以更快的發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)的電壓波動和無功電流波動變化；電壓幅值和無功電流的延時情況是一樣的，本發(fā)明的延時時間是最小的。因而具有更好的控制性能和系統(tǒng)動態(tài)響應能力。