三相并網(wǎng)逆變器無差拍解耦控制方法

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)無差拍控制無法實(shí)現(xiàn)有功功率與無功功率解耦控制的問題，在分析無差拍控制原理的基礎(chǔ)上，提出一種新的無差拍控制策略，給出了無差拍控制策略占空比的計(jì)算方法。該控制策略將三相系統(tǒng)在d，q坐標(biāo)系下的解耦特性與a，b，c坐標(biāo)系下的無差拍控制算法有機(jī)地結(jié)合在一起，不僅實(shí)現(xiàn)了有功功率與無功功率的解耦控制，同時(shí)還具有控制簡(jiǎn)單、控制精度高和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。最后，通過Matlab／Simulink仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞：逆變器；無差拍控制；解耦控制

1 引言
近年來，隨著全球范圍內(nèi)能源緊缺和環(huán)境污染問題的日益突出，開發(fā)和利用可再生能源受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。并網(wǎng)逆變器作為發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的接口設(shè)備之一，其控制技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。無差拍控制是一種數(shù)字化PWM控制方法，在數(shù)字控制技術(shù)不斷發(fā)展的今天，數(shù)字化PWM控制方式具有更加廣闊的應(yīng)用前景。無差拍控制具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并可使輸出電流快速、準(zhǔn)確地跟蹤參考電流。故將其應(yīng)用到三相并網(wǎng)逆變器中，可提高逆變器的抗干擾能力。

2 三相并網(wǎng)逆變器無差拍解耦控制
2．1 三相并網(wǎng)逆變器無差拍控制原理
無差拍控制的基本原理是在每一個(gè)開關(guān)周期開始時(shí)刻，采樣并網(wǎng)逆變器輸出電流i，并預(yù)測(cè)出下一周期開始時(shí)刻逆變器并網(wǎng)側(cè)電流的給定值i*，由差值i-i*計(jì)算出開關(guān)器件的開關(guān)時(shí)間，使i在下一周期開始時(shí)刻等于i*。此方法雖計(jì)算量較大，但其開關(guān)頻率固定，具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
三相并網(wǎng)逆變器原理圖如圖1所示，圖中Udc為直流側(cè)電壓；ea，eb，ec，ia，ib，ic分別為三相電網(wǎng)電壓及輸出電流的瞬時(shí)值；L為濾波電感。

如圖1所示，根據(jù)三相對(duì)稱系統(tǒng)基爾霍夫電壓定律，回路電壓方程為：


設(shè)控制周期為T，將回路電壓方程離散化，同時(shí)設(shè)電流參考值為，逆變器三相開關(guān)占空比分別為△du，△dv和△dw。由于T遠(yuǎn)小于電網(wǎng)基波周期，則在一個(gè)T內(nèi)，可忽略三相電網(wǎng)電壓和直流母線電壓的變化。若認(rèn)為在一個(gè)T內(nèi)實(shí)現(xiàn)了各相電流對(duì)其參考值的無差跟蹤，則得到一個(gè)T內(nèi)的回路電壓方程為：

以上3個(gè)電壓環(huán)路彼此并不獨(dú)立，相當(dāng)于只有兩個(gè)獨(dú)立方程。由于逆變器上、下橋臂的導(dǎo)通在一個(gè)T內(nèi)對(duì)等，則可得三相逆變器上橋臂3個(gè)開關(guān)器件的總導(dǎo)通時(shí)間與下橋臂3個(gè)開關(guān)器件的總導(dǎo)通時(shí)間在一個(gè)T內(nèi)相等，即得到：
△du+△dv+△dw=1．5 (5)
聯(lián)立式(4)，(5)可求解得三相逆變橋的PWM信號(hào)的占空比為：

通過式(6)求得的△du，△dv，△dw控制逆變器的開關(guān)器件，得到所需要的逆變器輸出波形，從而實(shí)現(xiàn)逆變器的無差拍控制。