基于電網(wǎng)電壓定向的雙閉環(huán)并網(wǎng)控制策略

1、基于電網(wǎng)電壓定向的雙閉環(huán)并網(wǎng)控制策略基于電網(wǎng)電壓定向的雙閉環(huán)并網(wǎng)控制策略基于電網(wǎng)電壓定向的雙閉環(huán)并網(wǎng)控制策略基于電網(wǎng)電壓定向的雙閉環(huán)并網(wǎng)控制策略在單級式并網(wǎng)系統(tǒng)中，因為沒有前級，沒法實現(xiàn)直流母線電壓的堅固，所以需經(jīng)過并網(wǎng)逆變器實現(xiàn)直流母線電壓的控制，故采納電壓外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略。電壓外環(huán)的作用是堅固直流母線電壓，可經(jīng)過引入一個PI調(diào)理器實現(xiàn)無靜差控制，其給定為MPPT輸出的最大功率點電壓。電流內(nèi)環(huán)分為有功電流內(nèi)環(huán)和無功電流內(nèi)環(huán)，分別引入一個PI調(diào)理器控制。有功無功電流的分別能夠經(jīng)過電網(wǎng)電壓定向的矢量控制實現(xiàn)，所謂電網(wǎng)電壓定向即在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，電網(wǎng)矢量E與d軸重合?；陔娋W(wǎng)電壓定

2、向的三相VSI的輸出電流矢量圖如圖3-4所示，圖中，I為逆變器側(cè)電流矢量，E為電網(wǎng)矢量，e、e為電網(wǎng)電壓矢量E在靜止坐標(biāo)系下的重量，i、i分別為逆變器側(cè)電流矢量I在靜止坐標(biāo)系下的重量，id、iq分別為逆變器側(cè)電流矢量I在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的重量。圖3-4基于電網(wǎng)電壓定向的三相VSI的輸出電流矢量圖電網(wǎng)電壓定向后，有ed=|E|，eq=0，聯(lián)合剎時功率理論，可得電網(wǎng)有功功率和無功功率的表達(dá)式如式(3-4)，從該式可知，若電網(wǎng)電壓不變，則能夠經(jīng)過id和iq間接控制并網(wǎng)的有功功率和無功功率。3edid23ediq2eqiq3edid2(3-4)3ediqeqid2直流側(cè)輸入有功功率pidcudc，不考慮逆

3、變器耗資，則依據(jù)上式可得式(3-4)。從該式可知，直流側(cè)電壓udc可經(jīng)過溝通側(cè)電流id控制，即電壓外環(huán)的輸出能夠作為有功電流的給定id*。3pidcudcedid(3-4)（1）電流內(nèi)環(huán)的設(shè)計電流內(nèi)環(huán)在dq靜止坐標(biāo)系下進(jìn)行設(shè)計，在dq靜止坐標(biāo)系下有以下關(guān)系edLpRLidvdeqLLpRiq(3-5)vq式中，ed、eq電網(wǎng)電壓E在d、q軸上的重量；id、iq分別為逆變器橋臂側(cè)電流矢量I在d、q軸上的重量；vd、vq分別為逆變器橋臂電壓矢量V在d、q軸上的分量；p為微分算子。從式(3-5)能夠看出，電流在d、q軸上的重量是相互耦合的，為實現(xiàn)解耦控制，采納前饋解耦控制策略。電流內(nèi)環(huán)采納的是PI調(diào)

4、理器，則vd、vq的控制方程vq(KiPKiI)(iq*iq)Lideq(3-6)svd(KiPKiI)(id*id)Liqed(3-7)s*分別為電流id、iq的給定值；KiP為比率增益；KiI為積分增益。式中，id、iq依據(jù)式(3-6)、(3-7)，能夠畫出如圖3-5所示的電流內(nèi)環(huán)控制構(gòu)造。id*由電壓外環(huán)的輸出給定，iq*給定值為0，id、iq由兩個同樣的PI調(diào)理器獨立控制。圖3-5電流內(nèi)環(huán)控制構(gòu)造依據(jù)電流內(nèi)環(huán)的控制構(gòu)造，能夠畫出其控制框圖，如圖3-6。該框圖不考慮電網(wǎng)電壓擾動，采樣保持器用一個小慣性環(huán)節(jié)1(1)取代，Ts為開關(guān)管采樣Tss周期，逆變器也能夠等效為一個小慣性環(huán)節(jié)，時間常數(shù)

5、為采樣周期Ts的一半，設(shè)逆變器的增益為KPWM，則逆變器環(huán)節(jié)能夠等效為KPWM(0.51)。圖中，TssiKiPKiI。圖3-6電流內(nèi)環(huán)控制框圖電流內(nèi)環(huán)按典型I型系統(tǒng)設(shè)計，令i，并歸并小時間常數(shù)，則依據(jù)圖3-6=L/R的控制框圖，可得電流內(nèi)環(huán)的開環(huán)傳達(dá)函數(shù)Woi為KiPKPWM(3-8)WoiRis(1.5TSs1)依據(jù)典型I型系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)設(shè)計原則，令阻尼比=0.707時，可得最優(yōu)控制見效，此時可得KiP、KiI數(shù)值KiPRi3TsKPWMK(3-9)KiPRiI3TsKPWMi(2)電壓外環(huán)的設(shè)計在對電壓外環(huán)進(jìn)行設(shè)計時，需考慮電流內(nèi)環(huán)的影響。依據(jù)前面得出的電流內(nèi)環(huán)開環(huán)傳達(dá)函數(shù)，在開關(guān)周期Ts

6、較小時，能夠?qū)⑵溟]環(huán)傳達(dá)函數(shù)Wci簡化為式(3-10)，從該式可看出，電流內(nèi)環(huán)相當(dāng)于一階慣性環(huán)節(jié)。Wci11(3-10)3Tss在穩(wěn)態(tài)時，直流母線電壓為Udc，聯(lián)合式(3-4)，能夠推出直流側(cè)電流idc與電流內(nèi)環(huán)輸出電流id的關(guān)系為idc3edid(3-11)2Udc考慮電壓外環(huán)的采樣周期，需在電壓外環(huán)的控制構(gòu)造中，加入一小時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)。這樣就能夠畫出電壓外環(huán)的控制框圖，如圖3-7所示。圖中，Tu為電壓外環(huán)采樣時間常數(shù)；KuP為電壓外環(huán)比率增益；u積分時間常數(shù)，u=KuP/KuI，KuI為積分增益；C為直流母線側(cè)電容。圖3-7電壓外環(huán)的控制框圖將電壓外環(huán)采樣時間常數(shù)Tu與電流環(huán)的慣性環(huán)節(jié)3Ts歸并，能夠獲得等效時間常數(shù)TeuTu3Ts。依據(jù)圖3-7電壓外環(huán)控制框圖，能夠獲得其開環(huán)傳達(dá)函數(shù)為Wou3KuPed(us1)(3-12)2UdcuCs2(Teus1)由式3-12可知，電壓環(huán)為典型II型系統(tǒng)，設(shè)h為中頻帶寬，則有hu(3-13)TeuKuP