本發(fā)明涉及一種三相四橋臂逆變系統(tǒng)及控制方法，尤其涉及一種在光伏發(fā)電中農(nóng)網(wǎng)三相不平衡治理的三相四橋臂逆變系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球都面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題，發(fā)展清潔能源是現(xiàn)在各國(guó)應(yīng)對(duì)環(huán)境與能源問(wèn)題的重要措施，其中光伏產(chǎn)業(yè)是我國(guó)引領(lǐng)全球新能源的至關(guān)重要的產(chǎn)業(yè)?？紤]到農(nóng)村地區(qū)的廣袤性和遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于城市的人口密度，采用“自發(fā)、自用”方式在用戶側(cè)發(fā)電的光伏電站，可以大大節(jié)約輸電線路的成本，同時(shí)減少輸電損失，其次農(nóng)村的用電容量在逐年增加，并且農(nóng)村往往處在公共電網(wǎng)的末稍，電能質(zhì)量較差，在農(nóng)村建設(shè)分布式光伏系統(tǒng)可提高用電保障和電能質(zhì)量。

2、但是隨著城鄉(xiāng)一體化的加速，農(nóng)業(yè)電力需求日益增長(zhǎng)，農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)也隨之迅速發(fā)展。但是，與城市電網(wǎng)相比，農(nóng)電網(wǎng)環(huán)境更為復(fù)雜，線路長(zhǎng)度更長(zhǎng)，負(fù)載變化更加復(fù)雜，導(dǎo)致三相電壓不平衡現(xiàn)象十分常見(jiàn)。這種不平衡會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，給農(nóng)村電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了巨大的影響。

3、當(dāng)前農(nóng)電網(wǎng)存在的主要問(wèn)題是三相不平衡和諧波污染。由于農(nóng)村電網(wǎng)所涉及到的負(fù)載種類(lèi)繁多，而且往往是非線性負(fù)載，尤其是光伏發(fā)電系統(tǒng)接入并網(wǎng)以后，會(huì)因此產(chǎn)生較多的諧波電流，使得電網(wǎng)諧波含量增加。同時(shí)，由于農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，許多設(shè)備已經(jīng)老化，設(shè)備損耗嚴(yán)重，線路老化以及設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等，都導(dǎo)致了電網(wǎng)線路的阻抗不平衡，或者缺乏合理的負(fù)載分配，線路不均衡，從而引起了電壓波動(dòng)和電能損耗的增加。

4、三相不平衡是導(dǎo)致農(nóng)村電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定的主要原因之一。三相不平衡會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)、設(shè)備損壞、線路過(guò)載等問(wèn)題，從而影響電能質(zhì)量和電網(wǎng)供電能力。因此，治理農(nóng)村電網(wǎng)的三相不平衡問(wèn)題具有非常重要的意義。

5、三相四橋臂逆變系統(tǒng)是一種新型的電力調(diào)節(jié)技術(shù)，可以應(yīng)用于農(nóng)村電網(wǎng)的三相不平衡治理。該系統(tǒng)通過(guò)電力電子器件將三相電壓與三相電流的相位差調(diào)整至最佳狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)三相電力負(fù)載的均衡。相較于傳統(tǒng)的治理方法，該技術(shù)具有成本低、控制精度高以及響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，并且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，適用于各種負(fù)載類(lèi)型。

6、故為解決農(nóng)村配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題，在建設(shè)分布式光伏電源并網(wǎng)發(fā)電的同時(shí)使其動(dòng)態(tài)適應(yīng)三相不平衡負(fù)荷并控制光伏輸出功率來(lái)對(duì)不平衡負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償治理，以此改善農(nóng)村配電網(wǎng)存在的三相負(fù)荷不平衡的現(xiàn)狀，可以提高新能源消納能力和光伏系統(tǒng)靈活經(jīng)濟(jì)運(yùn)行程度，減少農(nóng)村配電網(wǎng)的線路損耗，在達(dá)到降低能耗的目的同時(shí)提高了配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，對(duì)于農(nóng)網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題的治理研究具有重要的意義。

7、三相四橋臂逆變器的基本原理是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)閉的時(shí)間，來(lái)控制輸出電壓的大小和形狀。如果每個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通時(shí)間均勻分布，則輸出電壓為正弦波形，但由于電機(jī)負(fù)載對(duì)輸出電壓的影響，需要通過(guò)pwm調(diào)制技術(shù)來(lái)控制輸出電壓。pwm控制技術(shù)可以根據(jù)給定的調(diào)節(jié)信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的通斷時(shí)間，來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)控，使其保持穩(wěn)定。

8、spwm(sinusoidal?pulse?width?modulation，正弦波脈寬調(diào)制)和svpwm(spacevector?pulse?width?modulation，空間矢量脈寬調(diào)制)是目前應(yīng)用較廣的兩種控制方法。它們?cè)谀孀兤鞯妮敵霾ㄐ钨|(zhì)量、變換效率、電磁兼容等方面都有不同程度的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提供一種農(nóng)網(wǎng)三相不平衡治理的三相四橋臂逆變系統(tǒng)及控制方法，目的是通過(guò)對(duì)每一相單獨(dú)控制，有效解決不對(duì)稱(chēng)負(fù)載下電壓波形的不對(duì)稱(chēng)的問(wèn)題。

2、為達(dá)上述目的本發(fā)明農(nóng)網(wǎng)三相不平衡治理的三相四橋臂逆變系統(tǒng)，光伏電池輸出端與boost升壓電路輸入端相連，boost升壓電路輸出端與三相四橋臂逆變器輸入端連接，三相四橋臂逆變器輸出端與lc濾波器輸入端連接，lc濾波器輸出端與三相四線制電網(wǎng)連接，三相四線制電網(wǎng)連接負(fù)載，三相四橋臂逆變器輸入端與第一采樣單元連接，第一采樣單元輸出端與第一濾波單元連接，lc濾波器輸出端與第二采樣單元連接，第二采樣單元輸出端與第二濾波單元連接，第一濾波單元和第二濾波單元與dsp控制芯片輸入端連接，dsp控制芯片輸出端與igbt驅(qū)動(dòng)電路連接，igbt驅(qū)動(dòng)電路與三相四橋臂逆變器中的igbt柵極連接。

3、所述的光伏電池正極與boost升壓電路的第一電感、二極管依次連接，在二極管正極與開(kāi)關(guān)一端連接，開(kāi)關(guān)另一端與光伏電池負(fù)極連接，二極管負(fù)極與第一電容一端連接，第一電容另一端與光伏電池負(fù)極連接。

4、所述的三相四橋臂逆變器包括igbtq1至igbtq8，其中igbtq1至igbtq8的柵極與igbt驅(qū)動(dòng)電路輸出端連接，三相四橋臂逆變器的igbtq1、q3、q5、q7的集電極與boost升壓電路的二極管負(fù)極連接，三相四橋臂逆變器的igbtq2、q4、q6、q8的發(fā)射極與光伏電池負(fù)極連接，三相四橋臂逆變器的igbtq1發(fā)射極與igbtq2集電極連接，三相四橋臂逆變器的igbtq3發(fā)射極與igbtq4集電極連接，三相四橋臂逆變器的igbtq5發(fā)射極與igbtq6集電極連接，三相四橋臂逆變器的igbtq7發(fā)射極與igbtq8集電極連接。

5、所述的三相四橋臂逆變器的igbtq1發(fā)射極與igbtq2集電極連接的橋臂中點(diǎn)經(jīng)過(guò)lc濾波器的第二電感與三相四線制電網(wǎng)a相連接；所述的三相四橋臂逆變器的igbtq3發(fā)射極與igbtq4集電極連接的橋臂中點(diǎn)經(jīng)過(guò)lc濾波器的第三電感與三相四線制電網(wǎng)b相連接；所述的三相四橋臂逆變器的igbtq5發(fā)射極與igbtq6集電極連接的橋臂中點(diǎn)經(jīng)過(guò)lc濾波器的第四電感與三相四線制電網(wǎng)c相連接；所述的三相四橋臂逆變器的igbtq7發(fā)射極與igbtq8集電極連接的橋臂中點(diǎn)經(jīng)過(guò)lc濾波器的第五電感與三相四線制電網(wǎng)n相連接。

6、所述的第二電感輸出端與第二電容一端連接，第二電容另一端與第五電感輸出端連接，第三電感輸出端與第三電容一端連接，第三電容另一端與第五電感輸出端連接，第四電感輸出端與第四電容一端連接，第四電容另一端與第五電感輸出端連接。

7、所述的第一采樣單元實(shí)時(shí)檢測(cè)boost升壓電路輸出電壓信號(hào)。

8、所述的第二采樣單元采集lc濾波器輸出端的三相輸出電壓vabcf和三相輸出電流ilabc。

9、農(nóng)網(wǎng)三相不平衡治理的三相四橋臂逆變系統(tǒng)的控制方法，包括下述步驟：

10、步驟1、第一采樣單元實(shí)時(shí)檢測(cè)boost升壓電路輸出電壓信號(hào)；

11、步驟2、將第一采樣單元采集的電壓信號(hào)通過(guò)第一濾波單元提取出輸出電壓vdc，并將輸出電壓vdc輸入到dsp控制芯片；

12、步驟3、第二采樣單元采集lc濾波器輸出端的三相輸出電壓信號(hào)和三相輸出電流信號(hào)，并通過(guò)第二濾波單元提取出三相輸出電壓vabcf和三相輸出電流ilabc；

13、步驟4、將步驟3中提取的三相輸出電壓vabcf，在dsp控制芯片中通過(guò)pr控制，得到三相參考電壓vaf*、vbf*和vcf*，通過(guò)三相參考電壓vaf*、vbf*和vcf*計(jì)算第四橋臂和直流母線中點(diǎn)的偏移電壓vnf*，再與參考電壓合成三相調(diào)制電壓，并將偏移電壓vnf*作為第四相調(diào)制電壓，然后與三角載波比較，得出三相四橋臂逆變器八個(gè)igbt所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；dsp控制芯片將驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到igbt驅(qū)動(dòng)電路，igbt驅(qū)動(dòng)電路控制三相四橋臂逆變器八個(gè)igbt的通斷時(shí)間；

14、其中：偏移電壓vnf*由下述條件得出：

15、

16、即

17、

18、其中，

19、vmin＝min(vaf*,vbf*,vcf*)，vmid＝mid(vaf*,vbf*,vcf*)，

20、vmax＝max(vaf*,vbf*,vcf*)，vaf*vbf*vcf*為三相參考電壓

21、相應(yīng)的三相調(diào)制電壓為：

22、van*＝vaf*+vnf*

23、vbn*＝vbf*+vnf*

24、vcn*＝vcf*+vnf*

25、其中，vnf*為偏移電壓，vaf*vbf*vcf*為三相參考電壓則三相四橋臂逆變器中的igbt的導(dǎo)通時(shí)間為：

26、

27、

28、

29、

30、其中ta為三相四橋臂逆變器a相的導(dǎo)通時(shí)間，tb為三相四橋臂逆變器b相的導(dǎo)通時(shí)間,tc為三相四橋臂逆變器c相的導(dǎo)通時(shí)間,tf為三相四橋臂逆變器f相的導(dǎo)通時(shí)間，ts為采樣周期，van*vbn*vcn*為三相調(diào)制電壓，vdc為輸出電壓；

31、通過(guò)調(diào)整三相四橋臂逆變器中的八個(gè)igbt的導(dǎo)通時(shí)間而控制三相四橋臂逆變器a、b、c相的導(dǎo)通時(shí)間。

32、所述的ta為igbtq1和igbtq2的導(dǎo)通時(shí)間；tb為igbtq3和igbtq4的導(dǎo)通時(shí)間；tc為igbtq5和igbtq6的導(dǎo)通時(shí)間；tf為igbtq7和igbtq8的導(dǎo)通時(shí)間。

33、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)效果：本發(fā)明利用一種基于三角載波的更為簡(jiǎn)單的三相四橋臂pwm方法，無(wú)需大量的解耦運(yùn)算和帕克變換來(lái)判斷電壓矢量在空間立方體上的投影。直接將偏移電壓引入四橋臂系統(tǒng)，通過(guò)三相參考電壓vaf*、vbf*和vcf*計(jì)算偏移電壓vnf*，再與參考電壓合成三相調(diào)制電壓，并將偏移電壓vnf*作為第四相調(diào)制電壓，與三角載波比較可得到器件的控制信號(hào)來(lái)控制逆變器。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)每一相單獨(dú)控制。此方法極大降低了計(jì)算量，也降低了所需硬件的成本，能有效解決不對(duì)稱(chēng)負(fù)載下電壓波形的不對(duì)稱(chēng)問(wèn)題。