一种三相逆变器及其谐波电流抑制方法

技术领域

本公开涉及电力技术领域，尤其涉及一种三相逆变器及其谐波电流抑制方法。

背景技术

三相逆变器可以将直流电流转化为交流电流，以提供至电网。然而，三相逆变器在工作过程中容易产生谐波电流，现有的谐波电流抑制方法通常采用低通滤波器，这种方式不仅增加了三相逆变器的成本和体积，而且受三相逆变器系统的背景谐波影响，易发生谐波放大现象，影响三相逆变器的安全运行，降低了三相逆变器的可靠性和安全性。

发明内容

鉴于此，本公开的目的在于提出一种三相逆变器及其谐波电流抑制方法。

基于上述目的，第一方面，本公开提供了一种三相逆变器的谐波电流抑制方法，所述三相逆变器包括逆变单元和滤波单元，所述逆变单元将所述三相逆变器的直流侧电流转换为交流侧电流，所述滤波单元与所述逆变单元连接，并将所述交流侧电流滤波后得到电网侧电流并提供至电网；

所述方法包括：

获取所述三相逆变器的交流侧电流i

基于所述交流侧电流i

基于所述三相逆变器的直流侧电压u

基于所述交流侧误差参考电压△u

基于所述交流侧目标电压进行PWM调制，得到PWM调制信号以控制所述三相逆变器。

另一方面，本公开提供了一种三相逆变器，采用根据第一方面所述的方法进行控制。

从上面所述可以看出，本公开提供的三相逆变器及其谐波电流抑制方法，可以有效抑制特定次谐波电流，诸如5次和7次等低次谐波，从而可以提高滤波器的截止频率，减小三相逆变器的成本和体积，抑制可能发生的低频谐振现象。

附图说明

为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本公开实施例的三相逆变器的示意性主电路图。

图2为根据本公开实施例的三相逆变器的谐波电流抑制方法的示意性原理图。

图3为根据本公开实施例的三相逆变器的电网侧电流波形对比示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

三相逆变器可以将直流电流转化为交流电流，以提供至电网。然而，三相逆变器在工作过程中容易产生谐波电流，现有的谐波电流抑制方法通常采用低通滤波器，这种方式不仅增加了三相逆变器的成本和体积，而且受三相逆变器系统的背景谐波影响，易发生谐波放大现象，影响三相逆变器的安全运行，降低了三相逆变器的可靠性和安全性。因此，如何有效抑制三相逆变器的低次谐波电流成为了亟需解决的技术问题。

鉴于此，本公开实施例提供了一种三相逆变器的谐波电流抑制方法，采用无源控制方法对三相逆变器进行控制，此外，采用特定谐波抑制方法，有效抑制诸如5次和7次等低次谐波，从而可以提高滤波器的截止频率，减小三相逆变器的成本和体积，抑制可能发生的谐波放大现象。

参见图1，图1示出了根据本公开实施例的三相逆变器的示意性主电路图。图1中，三相逆变器100包括直流单元110、逆变单元120和滤波单元130。

直流单元110，包括直流输入端和直流侧电容C，用于经由直流输入端输入直流电流，并由直流侧电容C进行稳压和滤波得到稳定的直流电流。其中，如图1所示，直流输入端包括第一直流输入端+和第二直流输入端-，直流侧电容C的第一端连接至第一直流输入端+，直流侧电容C的第二端连接至第二直流输入端-。

逆变单元120，用于将直流单元110输出的稳定的直流电流转换为三相交流电流。该逆变单元120可以包括第一开关单元至第六开关单元，每个开关单元均包括并联连接的开关和二极管。其中，开关可以是可控开关，例如IGBT。图1中，第一开关单元包括第一开关Sa1和并联在该第一开关Sa1的第一端和第二端之间的第一二极管，第二开关单元包括第二开关Sa2和并联在该第二开关Sa2的第一端和第二端之间的第二二极管，第三开关单元包括第三开关Sb1和并联在该第三开关Sb1的第一端和第二端之间的第三二极管，第四开关单元包括第四开关Sb2和并联在该第四开关Sb2的第一端和第二端之间的第四二极管，第五开关单元包括第五开关Sc1和并联在该第五开关Sc1的第一端和第二端之间的第五二极管，第六开关单元包括第六开关Sc2和并联在该第六开关Sc2的第一端和第二端之间的第六二极管。第一开关单元与第二开关单元连接至第一连接点A，第三开关单元与第四开关单元连接至第二连接点B，第五开关单元与第六开关单元连接至第三连接点C。

滤波单元130，用于将逆变单元120输出的三相交流电流进行滤波得到滤波后的交流电流。该滤波单元130的每相均包括串联的滤波电感L和滤波电阻R。如图1中所示，对于第一相(例如A相)，串联的滤波电感L和滤波电阻R连接在第一连接点A和第一交流输出端之间；对于第二相(例如B相)，串联的滤波电感L和滤波电阻R连接在第二连接点B和第二交流输出端之间；对于第三相(例如C相)，串联的滤波电感L和滤波电阻R连接在第三连接点C和第三交流输出端之间。第一交流输出端、第二交流输出端和第三交流输出端输出三相交流电流，对应的电网侧三相交流电压为u

基于图1中的电路结构，可以得到三相逆变器100在abc参考坐标系下的电压电流方程为：

其中，L为三相逆变器的交流侧滤波电感(即滤波单元130的电感值)，R为三相逆变器的交流侧滤波电阻(即滤波单元130的电阻值)，i

可以对式(1)进行abc坐标系到dq坐标系的abc/dq坐标变换，得到dq坐标系下的电压电流方程：

其中，u

针对式(2)，为了实现三相逆变器的无源控制，可以设置无源电流控制器为：

其中，ω为所述三相逆变器的控制系统的角频率，r

对三相逆变器的交流侧电流i

然后对变换后的交流侧电流i

然后对各次谐波进行误差电压补偿控制，例如采用n次谐波PI控制器进行比例积分控制，得到补偿电压U

式(6)中，s表示复频域中的微分算子，ω为所述三相逆变器的控制系统的角频率，u

接着，可以对n次补偿电压U

根据本公开实施例，还提供了一种三相逆变器的控制系统，包括所述三相逆变器(例如图1中所示的三相逆变器100)和控制装置(例如图2中所示的控制装置200)；所述三相逆变器包括逆变单元和滤波单元，所述逆变单元将所述三相逆变器的直流侧电流转换为交流侧电流，所述滤波单元与所述逆变单元连接，并将所述交流侧电流滤波后得到电网侧电流并提供至电网；所述控制装置用于控制所述逆变单元的工作状态。

参见图2，图2示出了根据本公开实施例的三相逆变器的谐波电流抑制方法的示意性原理图。结合图1和图2，三相逆变器的谐波电流抑制方法可以包括：

获取三相逆变器的交流侧电流i

基于所述交流侧电流i

基于所述三相逆变器的直流侧电压u

基于所述交流侧误差参考电压△u

基于所述交流侧目标电压进行PWM调制(例如SVPWM调制)，得到PWM调制信号以控制所述三相逆变器。

具体地，如图2所示，控制装置200可以基于所述交流侧目标电压进行PWM调制(例如SVPWM调制)，得到PWM调制信号以控制图1中所示的三相逆变器100的逆变单元120中第一开关Sa1至第六开关Sc2的导通或关闭。

在一些实施例中，基于所述交流侧电流i

基于n次变换矩阵M

基于所述dq(n)坐标系下交流侧电压的补偿电压U

叠加所有n次补偿电压的瞬时值△u

在一些实施例中，基于n次变换矩阵M

基于n次变换矩阵M

对变换后的交流侧电流i

具体地，如图2所示，可以基于n次变换矩阵M

在一些实施例中，abc坐标系到n次同步旋转坐标系的变换矩阵M

在一些实施例中，基于所述dq(n)坐标系下交流侧电流电流i

其中，u

在一些实施例中，基于所述三相逆变器的直流侧电压u

将所述所述交流侧电流i

基于所述三相逆变器的直流侧电压u

在一些实施例中，基于所述三相逆变器的直流侧电压u

基于dq坐标系下所述三相逆变器的交流侧参考电流i

基于所述dq坐标系下所述三相逆变器的开关参考函数S

对dq坐标系下的电压参考值u

在一些实施例中，基于所述交流侧误差参考电压△u

基于所述交流侧参考电压u

根据本公开实施例，还提供了一种三相逆变器，采用根据本公开实施例中所述的方法进行控制。

参见图3，图3示出了根据本公开实施例的三相逆变器的电网侧电流波形对比示意图。图3中，(a)为三相逆变器的比例积分(PI)控制方法的电网侧电流波形图及其快速傅里叶(FFT，fast Fourier transform)分析示意图；(b)为三相逆变器的无源控制方法的电网侧电流波形图及其快速傅里叶分析示意图；(c)为根据本公开实施例的谐波抑制方法的的电网侧电流波形图及其快速傅里叶分析示意图。相比之下，比例积分(PI)控制方法、无源控制方法和本公开实施例的电流谐波畸变变率依次为4.33％、2.98％和1.66％。可见，根据本公开实施例的谐波抑制方法能够有效地抑制三相逆变器的电网侧电流的特定次谐波，例如5次谐波电流的抑制率为35.0％，7次谐波电流的抑制率为20.8％。由于配电网电压的低频谐波主要集中在5次和7次谐波，根据本公开实施例提供的三相逆变器及其谐波抑制方法，能够有效抑制5次和7次等低次谐波，提高滤波器的截止频率，从而减小滤波器的成本和体积。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。