基于电网电压定向的双闭环并网控制策略.docx

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1、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P1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P1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VS1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，久、印为电网电压矢量

2、E在静止坐标系下的分量，加、色分别为逆变器侧电流矢量/在静止坐标系下的分量，小Zq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VS1的输出电流矢量图电网电压定向后，有ed=E,a=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，那么可以通过加和Zq间接控制并网的有功功率和无功功率。(3-4)二|(分北+%)=3,北4=3(分%d)=Iediq直流侧输入有功功率P=晨长，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可通过交流侧电流加控制，即电压外环的输出可以作为有功电流的给定idO

3、3P=zdcwdc=5，(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式中，血、电网电压E在d、q轴上的分量；小Zq分别为逆变器桥臂侧电流矢量/在d、q轴上的分量；皿、也分别为逆变器桥臂电压矢量V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P1调节器，那么回、内的控制方程%=-(Km+)0qTq)-1id+q(3-6)Vd=一(KZP+)(zd-d)+31iq+d(3-7)式中，/、Zq*分别为电流通Zq的给定值；KP为比例增益；K1为积分增益

4、。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。由电压外环的输出给定，Zq*给定值为0,小Zq由两个相同的P1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(s+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/(0.54s+1).图中，r.=KipKi1o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=UR,并合并小时间常数，那么根据图3-6的控制框图，

5、可得电流内环的开环传递函数也,为WKiPKPWM(3-8)-5i+1)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、Ki数值(3-9)(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TS较小时，可以将其闭环传递函数简化为式(3-10),从该式可看出，电流内环相当于一阶惯性环节。在稳态时，直流母线电压为Udc,结合式(3-4),可以推出直流侧电流正与电流内环输出电流的关系为idc=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，A为电压外环采样时间常数；KMP为电压外环比例增益；功积分时间常数，2=K疯K小KR为积分增益；。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3A合并，可以得到等效时间常数TeU=TU.。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3%?+1)2UjCs2(%s+1)由式3-12可知，电压环为典型型系统，设为中频带宽，那么有z=(3-13)TquK/当z=5时，可以得到最优控制，此时电压外环的P1调节器的比例增益和积分增益分别为2CUm(3-15)571edKUP=2CU&%25窗一