采用电感电流加权平均值反馈的并网逆变器电流控制方法

具体实施方式

图2所示是采用本发明方法的并网逆变器电路，它包括基于高频开关的脉冲宽度调制(PWM)控制单相逆变器1(图例中，单相逆变器为电压源型半桥式，采用IGBT为功率开关)、用于逆变并网连接运行的低通滤波器2、用于逆变侧电感电流检测和电网侧电感电流检测的两个电流变送器3、用于逆变器并网运行的电流控制环4和开关驱动电路5，其中电流控制环4含电流加权平均计算、误差计算、误差信号比例积分调节器和PWM发生电路。

本发明并网逆变器电流控制方法是：采用两个电流变送器分别检测流经逆变侧串联电感L1和网侧串联电感L2的电流，即LCL滤波器的两个串联电感的电流，并以该两项电流的加权平均值作为电流控制环的反馈信号，与给定电流信号比较得到误差信号，由比例积分(PI)调节器对误差信号作比例积分调节后得到PWM调制信号，PWM调制信号通过PWM发生电路和开关驱动电路控制逆变器运行，实现逆变并网发电系统的输出电流波形和幅值的闭环控制。其中两个电感电流在反馈信号中的权值为各自电感量与两个电感总电感量的比值。

本发明中逆变器采用电流控制PWM方式运行，输出电流的高频开关频率分量在LCL滤波器作用下得以有效地抑制，而输出基波分量的稳定性和稳态误差以及低频谐波的抑制则决定于输出电流的闭环控制。通过滤波器和反馈信号的改变，使得电源系统的控制特性发生变化，PI调节器的参数也相应地可以改善，达到更好的闭环控制特性。

采用本发明方法与传统方法控制的电源系统特性对比：

以一个5kW电源系统为例，对于逆变输出电流反馈而言，参见图1(a)，反馈电流(i₁)相对于逆变输出电压V_i的增益可表示为：

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其幅值和相位特性为图3(a)曲线1所示。

对于电网电流反馈而言，参见图1(b)，反馈电流(i₂)相对于逆变输出电压V_i的增益可表示为：

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其幅值和相位特性如图3(a)曲线2所示。

曲线1和曲线2表明，采用传统的逆变输出电流反馈和网侧电流反馈控制时的系统增益在1kHz与2kHz间存在很大的增益尖峰；

本发明方法采用LCL两电感电流的加权平均值作为反馈信号，参见图2，反馈电流(i_f)相对于逆变输出电源V_i的增益可表示为：

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若电流加权值选择为各自电感与总电感量的比值，即W₁＝L₁/(L₁+L₂)、W₂＝L₂/(L₁+L₂)，则上式可转化为：

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简化后得

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因此采用本发明的并网逆变电源的系统增益特性曲线将变为直线，如图3(a)曲线3所示，不再出现增益尖峰。

在设计比例积分调节器时，首先应满足系统稳定的要求，即回路增益在0dB线上穿越频率处相位偏移应小于180度。其次是低频段回路增益应尽可能大，转折频率较高，以提高系统输出的稳态精度和动态响应特性。图3(b)为包含了比例积分调节器的电流闭环控制系统回路增益特性波特图，其中曲线1为图1(a)所示的传统的逆变输出电流反馈回路增益特性，曲线2为图1(b)所示的传统的电网电流反馈回路增益特性，曲线3为本发明的LCL滤波器电感电流加权平均值反馈回路增益特性。由于本发明的反馈控制系统回路增益不存在尖峰，在确保系统控制稳定的要求下可选择较大的比例积分调节器增益，使系统在低频段的增益明显提高，从而闭环控制时增强了对电流误差(包括基波幅值误差、相位误差和低频谐波分量)的抑制能力。