一种改进滞环电流跟踪方法在多功能逆变器中的应用

杨云 许华岳 王亚鹏

摘要：针对电网中非线性负载引起的电能质量问题，研究一种具有并網发电功能和谐波补偿功能的三相多功能逆变器.主要包括谐波电流检测部分和电流跟踪部分，谐波电流检测部分采用基于瞬时无功功率的ip-iq谐波电流检测法;在电流跟踪环节，针对传统滞环电流跟踪方法产生的PWM频率不稳定的问题，提出一种改进的滞环电流跟踪方法，能够使开关频率更为稳定，达到很好的跟踪精度.最后通过MATLAB-simulink进行仿真验证.

关键词：多功能逆变器;谐波检测;电流跟踪;PWM频率

中图分类号：TM646  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）06-0056-03

1 引言

随着分布式能源接入公共电网的数量和规模不断增长，其并网运行中电力电子设备会给公共电网带去谐波污染，并且大量非线性负载的接入也将会降低电网的电能质量[1-2].有源电力滤波器的投入使用能够明显减少电网谐波含量，但其功能单一;分布式光伏并网发电系统中三相逆变器与有源电力滤波器有着相同的拓扑结构和相似的控制策略，可将有源滤波器与光伏并网逆变器功能相结合，在同一台逆变器上实现光伏并网发电功能和有源滤波功能[3-4].文献[5]提出一种基于滞环电流控制的三相多功能逆变器.传统的滞环电流控制方式对电流的跟踪精度受环宽影响大，产生的PWM频率不固定会造成开关损耗和噪声过大.文献[6]在滞环比较器后加入一个固定频率发生器环节来控制PWM频率，但这样会使电流跟踪精度变差.因此，本文研究一种能够稳定PWM频率并且有良好跟踪精度的滞环电流控制技术.

2 多功能逆变器控制方案

多功能逆变器控制策略包含电压外环控制和电流内环控制，电压外环控制主要是为了控制直流侧电容电压稳定，采用PI控制.电流内环控制是对指令电流的跟踪控制.电流内环采用一种改进滞环电流控制，使开关频率更为固定.系统控制结构如图1所示.

2.1 谐波电流检测

如图1所示，利用锁相环对电网电压进行锁相，得到电网的相位和频率信息，被检测的负载电流iLa、iLb、iLc经过abc-αβ坐标变换后得到iα、iβ;再利用锁相环得到的相位和频率信息将电流iα、iβ变换到dq坐标系下得到ip、iq，此时，因同步旋转坐标变换时，旋转坐标的旋转速度和方向与电压基频一致，被检测电流中基频正序分量变换到旋转坐标系下为直流量，而谐波分量、直流分量通过旋转坐标变换后都变为交流量，那么ip、iq中都包含直流量和交流量：

3 仿真验证

光伏参数为：25C°，光照1000w/m2.Boost升压电路电感L0=5mH，直流侧电容C1=1mF，参考电压700V，交流侧滤波器L=6mH、C=98uF.

改进滞环控制下逆变器A相参考电流与输出电流波形如图3所示，其波形与理论分析一致，输出电流能够很好地跟踪指令电流.

图4为改进滞环控制下逆变器A相上桥臂PWM波形，图5为传统滞环控制下逆变器A相上桥臂PWM波形，对比图4和图5可知，由于改进滞环控制开关信号是由载波跳变时产生，而载波频率固定，所以改进滞环控制下逆变器开关频率比传统滞环控制下更为固定，达到了固定开关频率的目的.

再对两种控制方式下的逆变器输出电流进行FFT分析，结果如图6所示，左端为改进滞环控制下逆变器输出电流的谐波频谱图，右端为传统滞环控制下逆变器输出电流的谐波频谱图，由图可知，改进滞环控制下逆变器输出电流的谐波含量更少，所以改进滞环控制方式更具优越性，因此在本文在abc三相坐标系下的控制方案将采用改进滞环控制进行并网电流跟踪.

单独滤波模式下，断开光伏列阵，负载为三相不可控整流桥带70kW阻性负载的非线性负载，电网三相电流波形如图7所示，逆变器投入运行前电网电流为典型马鞍波，逆变器投入运行进行有源滤波后，电网电流波形改善明显.图8左右两部分分别为逆变器投入运行前后电网电流的谐波频谱图，电网电流谐波总量由26.11%下降到2.05%，谐波治理效果明显.

多功能逆变器同时发送有功与有源滤波工作模式下，接入光伏列阵，负载为三相不可控整流桥带60kW阻性负载的非线性负载与10kW线性负载并联.电网三相电流波形如图9所示，逆变器未投入运行时，电网电流幅值约为58A，波形畸变严重;0.1s到0.2s期间，逆变器并网运行，逆变器发出有功，负载电流一部分由逆变器提供，电网电流幅值减小为37A，并且由于逆变器的有源滤波作用，补偿了电网谐波，使得电网波形接近正弦波.图10左右两部分分别为逆变器投入运行前后电网电流的谐波频谱图，电网电流谐波总量由16.1%下降到3.63%，谐波治理效果明显.

4 结束语

由以上仿真验证可知，谐波提取算法效果良好、指令电流合成算法正确，本文所提出的改进滞环电流跟踪方法能够使PWM频率更稳定、准确跟踪指令电流，使逆变器集并网发电和有源滤波于一体，拓展了逆变器的功能，提高了逆变器的利用率.

参考文献：

〔1〕曾正.多功能并网逆变器及其微电网应 [D].2014.

〔2〕Han B ， Bae B ， Kim H ， et al. Combined Operation of Unified Power-Quality Conditioner With Distributed Generation[J]. IEEE Transactions on Power Delivery， 2005， 21（1）：330-338.

〔3〕李小叶，李永丽，张玮亚，等.基于多功能并网逆变器的电能质量控制策略[J].电网技术，2015，39（2）：556-562.

〔4〕邵焕清.分布式电网多功能并网逆变器控制策略研究[J].仪表技术， 2017（9）：13-16.

〔5〕Kim S ， Yoo G， Song J . a bifunctional utility connected photovoltaic system with power factor correction and u.p.s. facility[C]// IEEE Photovoltaic Specialists Conference. IEEE， 1996.

〔6〕惠晶，姜海.基于改进滞环电流控制的有源电力滤波器[J].电力电子技术，2011，45（12）：104-106.