三相并網逆變器無差拍解耦控制方法

摘要：針對傳統無差拍控制無法實現有功功率與無功功率解耦控制的問題，在分析無差拍控制原理的基礎上，提出一種新的無差拍控制策略，給出了無差拍控制策略占空比的計算方法。該控制策略將三相系統在d，q坐標系下的解耦特性與a，b，c坐標系下的無差拍控制算法有機地結合在一起，不僅實現了有功功率與無功功率的解耦控制，同時還具有控制簡單、控制精度高和動態響應快等優點。最后，通過Matlab／Simulink仿真和實驗驗證了該方案的正確性和有效性。
關鍵詞：逆變器；無差拍控制；解耦控制

1 引言
近年來，隨著全球范圍內能源緊缺和環境污染問題的日益突出，開發和利用可再生能源受到世界各國的廣泛關注。并網逆變器作為發電系統與電網的接口設備之一，其控制技術一直是研究的熱點。無差拍控制是一種數字化PWM控制方法，在數字控制技術不斷發展的今天，數字化PWM控制方式具有更加廣闊的應用前景。無差拍控制具有良好的動態響應，并可使輸出電流快速、準確地跟蹤參考電流。故將其應用到三相并網逆變器中，可提高逆變器的抗干擾能力。

2 三相并網逆變器無差拍解耦控制
2．1 三相并網逆變器無差拍控制原理
無差拍控制的基本原理是在每一個開關周期開始時刻，采樣并網逆變器輸出電流i，并預測出下一周期開始時刻逆變器并網側電流的給定值i*，由差值i-i*計算出開關器件的開關時間，使i在下一周期開始時刻等于i*。此方法雖計算量較大，但其開關頻率固定，具有快速的動態響應。
三相并網逆變器原理圖如圖1所示，圖中Udc為直流側電壓；ea，eb，ec，ia，ib，ic分別為三相電網電壓及輸出電流的瞬時值；L為濾波電感。

如圖1所示，根據三相對稱系統基爾霍夫電壓定律，回路電壓方程為：


設控制周期為T，將回路電壓方程離散化，同時設電流參考值為，逆變器三相開關占空比分別為△du，△dv和△dw。由于T遠小于電網基波周期，則在一個T內，可忽略三相電網電壓和直流母線電壓的變化。若認為在一個T內實現了各相電流對其參考值的無差跟蹤，則得到一個T內的回路電壓方程為：

以上3個電壓環路彼此并不獨立，相當于只有兩個獨立方程。由于逆變器上、下橋臂的導通在一個T內對等，則可得三相逆變器上橋臂3個開關器件的總導通時間與下橋臂3個開關器件的總導通時間在一個T內相等，即得到：
△du+△dv+△dw=1．5 (5)
聯立式(4)，(5)可求解得三相逆變橋的PWM信號的占空比為：

通過式(6)求得的△du，△dv，△dw控制逆變器的開關器件，得到所需要的逆變器輸出波形，從而實現逆變器的無差拍控制。