三相并网逆变器无差拍解耦控制方法

摘要：针对传统无差拍控制无法实现有功功率与无功功率解耦控制的问题，在分析无差拍控制原理的基础上，提出一种新的无差拍控制策略，给出了无差拍控制策略占空比的计算方法。该控制策略将三相系统在d，q坐标系下的解耦特性与a，b，c坐标系下的无差拍控制算法有机地结合在一起，不仅实现了有功功率与无功功率的解耦控制，同时还具有控制简单、控制精度高和动态响应快等优点。最后，通过Matlab／Simulink仿真和实验验证了该方案的正确性和有效性。
关键词：逆变器；无差拍控制；解耦控制

1 引言
近年来，随着全球范围内能源紧缺和环境污染问题的日益突出，开发和利用可再生能源受到世界各国的广泛关注。并网逆变器作为发电系统与电网的接口设备之一，其控制技术一直是研究的热点。无差拍控制是一种数字化PWM控制方法，在数字控制技术不断发展的今天，数字化PWM控制方式具有更加广阔的应用前景。无差拍控制具有良好的动态响应，并可使输出电流快速、准确地跟踪参考电流。故将其应用到三相并网逆变器中，可提高逆变器的抗干扰能力。

2 三相并网逆变器无差拍解耦控制
2．1 三相并网逆变器无差拍控制原理
无差拍控制的基本原理是在每一个开关周期开始时刻，采样并网逆变器输出电流i，并预测出下一周期开始时刻逆变器并网侧电流的给定值i*，由差值i-i*计算出开关器件的开关时间，使i在下一周期开始时刻等于i*。此方法虽计算量较大，但其开关频率固定，具有快速的动态响应。
三相并网逆变器原理图如图1所示，图中Udc为直流侧电压；ea，eb，ec，ia，ib，ic分别为三相电网电压及输出电流的瞬时值；L为滤波电感。

如图1所示，根据三相对称系统基尔霍夫电压定律，回路电压方程为：


设控制周期为T，将回路电压方程离散化，同时设电流参考值为，逆变器三相开关占空比分别为△du，△dv和△dw。由于T远小于电网基波周期，则在一个T内，可忽略三相电网电压和直流母线电压的变化。若认为在一个T内实现了各相电流对其参考值的无差跟踪，则得到一个T内的回路电压方程为：

以上3个电压环路彼此并不独立，相当于只有两个独立方程。由于逆变器上、下桥臂的导通在一个T内对等，则可得三相逆变器上桥臂3个开关器件的总导通时间与下桥臂3个开关器件的总导通时间在一个T内相等，即得到：
△du+△dv+△dw=1．5 (5)
联立式(4)，(5)可求解得三相逆变桥的PWM信号的占空比为：

通过式(6)求得的△du，△dv，△dw控制逆变器的开关器件，得到所需要的逆变器输出波形，从而实现逆变器的无差拍控制。