基于电网电压定向的双闭环并网控制策略.docx

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Pl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Pl调节器控制。有功无功电流的别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VSl的输出电流矢量图如图3-4所示，图中，/为逆变器侧电流矢量，E为电网矢量，ea、年为电网电压矢量E在静止坐标系下的分量，川分别为逆变器侧电流矢量1在静止坐标系下的分量，id、iq分别为逆变器侧电流矢量/在旋转坐标系下的分量。图3-4基于电网电压定向的三相VSl的输出电流矢量图电网电压定向后，有e<=E,e,=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，假设电网电压不变，那么可以通过力和加间接控制并网的有功功率和无功功率。P=q(e"d+eqiq)=%ill直流侧输入有功功率P=LUdc,不考虑逆变器损耗，那么根据上式可得式(3-4)。从该式可知，直流侧电压"de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3P=3/北(3-4)(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Lp+R-llpdFvJ=+昆L江+JLvJ式中，为、eq电网电压E在d、q轴上的分量；id、4l分别为逆变器桥臂侧电流矢量/在d、q轴上的分量；血、Vq分别为逆变器桥臂电压矢量Y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Pl调节器，那么Vd、Vq的控制方程Fq=TEP+V)&-4)IELG+%(3-6)Ud=TEPT)0i-力)+&L%+/(3-7)式中，id*、iq*分别为电流id、iq的给定值；KP为比例增益；Kn为积分增益。根据式(3-6)、(3-7),可以画出如图3-5所示的电流内环控制结构。id*由电压外环的输出给定，而*给定值为0,力、无由两个相同的Pl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1(7>+1)代替，A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,那么逆变器环节可以等效为KPWM/(057>+1)。图中，4=KiPlKA。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"=LZR,并合并小时间常数，那么根据图3-6的控制框图，可得电流内环的开环传递函数W“i为KjPKPWMRis(l.5Tss +1)(3-8)按照典型I型系统最优参数设计原那么，令阻尼比&=0.707时，可得最优控制效果，此时可得Kp、K"数值WKPWMIPWM(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7；较小时，可以将其闭环传递函数WC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。% =1_l + 37>(3-10)在稳态时，直流母线电压为Udc,结合式(3d),可以推出直流侧电流显与电流内环输出电流id的关系为3e2U-id(3-l)考虑电压外环的采样周期，需在电压外环的控制结构中，参加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，7；为电压外环采样时间常数；K“p为电压外环比例增益；T.积分时间常数，工"=KgK*,KU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7；与电流环的惯性环节3式合并，可以得到等效时间常数Tcu=Tu+3Tsa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叶3储Pef+1)(3一12)2%TQ气0"1)由式3-12可知，电压环为典型II型系统，设人为中频带宽，那么有A=-(3-13)5'当力=5时，可以得到最优控制，此时电压外环的Pl调节器的比例增益和积分增益分别为七%2C%,北居(3-15)Kup_2CUtlc/25口tl