6-并网逆变器控制汇总课件.ppt

1、1 并网逆变器并网逆变器矢量控制与直接功率控制矢量控制与直接功率控制 孙丹孙丹 浙江大学浙江大学 电气工程学院电气工程学院2 DPC 概念概念直接转矩控制（直接转矩控制（DTC） 采用电压空间矢量，跳过电流控制环节，通过控制电机定子磁链矢量的大小和转速，进而控制定、转子磁链矢量间夹角（转矩角或功率角），达到直接控制转矩的目的。因 P1 =Te1 ，对功率P1的控制即为对转矩Te的控制 基于DTC的原理，开发出直接功率控制（直接功率控制（DPC）技术。3DPC用途用途可用于交流调速传动，但主要用于可逆传动的网侧变换器控制4DPC用途用途变速恒频风力发电机的交流励磁变频器的 网侧变换器5DPC用途

2、用途光伏发电系统并网逆变器6DPC用途用途静止无功补偿装置（STACOM）的 电压源型变换器（电压源型变换器（VSC）7网侧网侧PWMPWM变换器变换器网侧网侧PWM变换器的主电路变换器的主电路VSC交流侧交流侧（pole）交流输入阻抗交流输入阻抗交流电网交流电网VSC直流侧直流侧8 网侧网侧PWMPWM变换器变换器l设功率器件为理想开关，由基尔霍夫电压、电流定理可得： (3.1.1) 式中：式中： 、 、 分别为三相桥臂的开关函数。分别为三相桥臂的开关函数。gagbgagaadcgbgbbdcgbgcgbgbbdcgcgccdcdca gab gbc gcloaddidiui RLS Vui

3、 RLS Vdtdtdidiui RLS Vui RLS VdtdtdVCS iS iS iidtaSbScS9 网侧网侧PWMPWM变换器变换器l三相无中线的系统三相无中线的系统中有： (3.1.2) 则 (3.1.3) n该模型对包括电网电压不平衡、电压畸变等一般情况的分析都适用。该模型对包括电网电压不平衡、电压畸变等一般情况的分析都适用。0gagbgciii()()133()()133()()133gagagbgcabcgagaadcgbgagbgcabcgbgbbdcgcgagbgcabcgcgccdiuuuSSSRiuSVdtLLdiuuuSSSRiuSVdtLLdiuuuSSSRi

4、uSdtLL dcdca gab gbc gcloadVdVCS iS iS iidt10 网侧网侧PWMPWM变换器变换器l三相电网电压基本平衡三相电网电压基本平衡时： (3.1.4)则三相静止坐标系下网侧PWM变换器的数学模型为： (3.1.5)0gagbgcuuu()13()13()13gaabcgagaadcgbabcgbgbbdcgcabcgcgccdcdca gab gbc gcloaddiSSSRiuSVdtLLdiSSSRiuSVdtLLdiSSSRiuSVdtLLdVCS iS iS iidt 11 网侧网侧PWMPWM变换器变换器l考虑交流侧输出的线电压为：考虑交流侧输出的

5、线电压为： (3.1.6) 输出相电压为：输出相电压为： (3.1.7)其中其中 ， ， ()()()gababdcgbcbcdcgcacadcvSS VvSS VvSS Vgaadcgbbdcgccdcvf Vvf Vvf V()3abcaaSSSfS()3abcbbSSSfS()3abcccSSSfS12 网侧网侧PWMPWM变换器变换器则有： (3.1.8)gagagagagbgbgbgbgcgcgcgcdca gab gbc gcloaddiuRiLvdtdiuRiLvdtdiuRiLvdtdVCS iS iS iidt13 网侧网侧PWMPWM变换器变换器两相静止两相静止-坐标系坐标

6、系下网侧下网侧PWM变换器的数学模型变换器的数学模型 其中：其中： 、 - 交流电网交流电网电压电压 、 分量值；分量值； 、 - 交流输入交流输入电流电流 、分量值；分量值； 、 - 变换器中三相全控桥变换器中三相全控桥(VSC)交流侧电压交流侧电压 、分量值；分量值； 、 - 开关函数的开关函数的 、分量。分量。()ggggggggdcggloaddiuRiLvdtdiuRiLvdtdVCS iS iidtgigigvgvSSgugu14 网侧网侧PWMPWM变换器变换器同步旋转坐标系同步旋转坐标系下网侧下网侧PWM变换器的数学模型变换器的数学模型 (3.1.21) 其中：其中： 、 -交

7、流电网交流电网电压电压 、轴分量；轴分量； 、 -交流输入交流输入电流电流 、轴分量；轴分量； 、 -三相全控桥三相全控桥(VSC)交流侧交流侧电压电压 、轴分量；轴分量； 、 - 开关函数的开关函数的 、轴分量；轴分量； - 电网电压的角频率。电网电压的角频率。11()gdgdgdgqgdgqgqgqgdgqdcd gdq gqloaddiuRiLLivdtdiuRiLLivdtdVCS iS iidtgdugqugdigqigdvgqvdSqS115 网侧网侧PWMPWM变换器及其控制变换器及其控制l 为电网电压矢量 将坐标系坐标系 d 轴轴 定向于电网电压矢量定向于电网电压矢量，则有l电

8、网电压定向后电网电压定向后 gdgqujugu32gdgguUU；：相电压峰值gu0gqu11320()gdggdgqgdgqgqgdgqdcdgdq gqloaddiURiLLivdtdiRiLLivdtdVCS iS iidt16 网侧网侧PWMPWM变换器及其控制变换器及其控制网侧网侧PWM变换器的变换器的稳态分析稳态分析l同步旋转坐标系下，稳态时各状态变量的导数等于零同步旋转坐标系下，稳态时各状态变量的导数等于零，可得稳态方程稳态方程为： (3.1.23) (3.1.24) 11320ggdgqgdgqgdgqURiLivRiLiv()loadd gdq gqiS iS i17 网侧网

9、侧PWMPWM变换器及其控制变换器及其控制l网侧网侧PWM变换器变换器稳态电压空间矢量图稳态电压空间矢量图 (a) 一般情况一般情况 图中，图中， 为线路的阻抗，为线路的阻抗， 为功率因数角为功率因数角1ZRjL(b) 忽略电阻且功率因数为忽略电阻且功率因数为1ig = 18网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制l从图可见，若控制交流输入功率因数一定，则变换器从图可见，若控制交流输入功率因数一定，则变换器交流侧交流侧电压空间矢量电压空间矢量vg的末端的末端将始终沿阻抗三角形的将始终沿阻抗三角形的斜边滑动斜边滑动 n规律：规律： 在相同的输出负载下(即 相同)，变换器电流含 超前电流分量(

10、)，需要较高的直流母线电压； 变换器电流含滞后电流分量( )，需要的直流母线电压要低一些。gdi0gqi0gqi19网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制n规律：规律： 如忽略电阻，功率因数为1时的稳态电压空间矢量 关系如图3.2(b)所示可以发现，输出负载越大，输出负载越大，所需最低直流母线电压就越所需最低直流母线电压就越高，即使在空载时也要高于高，即使在空载时也要高于电网线电压峰值电网线电压峰值，这是网侧PWM变换器的Boost电路升压特性决定的。20 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制网侧网侧PWM变换器的变换器的瞬时功率瞬时功率分析分析l从电网吸收的有功功率和无功功率为：从

11、电网吸收的有功功率和无功功率为： (3.1.30) (3.1.31)l在坐标系在坐标系 d轴轴 定向于电网电压的同步旋转坐标系统中，定向于电网电压的同步旋转坐标系统中，有：有：则则 (3.1.32) (3.1.33)ggd gdgq gqPu iu iggq gdgd gqQu iu i32gdguUgu0gquggd gdPu iggd gqQu i 21 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制ggd gdPu iggd gqQu i 说明说明: : 大于零表示网侧大于零表示网侧PWMPWM变换器工作于整流状态，从电变换器工作于整流状态，从电网吸收能量；网吸收能量； 小于零表示网侧小于零

12、表示网侧PWMPWM变换器处于逆变状态，能量从变换器处于逆变状态，能量从直流侧回馈到电网。直流侧回馈到电网。 大于零表示网侧大于零表示网侧PWMPWM变换器呈容性，从电网吸收超变换器呈容性，从电网吸收超前的无功；前的无功； 小于零表示网侧小于零表示网侧PWMPWM变换器呈感性，从电网吸收滞变换器呈感性，从电网吸收滞后的无功。后的无功。可见：可见：电流矢量的电流矢量的d d、 q q轴分量轴分量 和和 实际上分别代实际上分别代表了变换器的有功电流分量和无功电流分量。表了变换器的有功电流分量和无功电流分量。gPgPgQgQgdigqi22 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制l单位功率因数整

13、流单位功率因数整流工况时的功率流向工况时的功率流向 (a) (a) 整流运行整流运行 图图3.3 3.3 网侧网侧PWMPWM变换器在单位功率因数运行时的功率流动示意图变换器在单位功率因数运行时的功率流动示意图 - - 电网提供的有功功率；电网提供的有功功率； - - 直流侧负载功率；直流侧负载功率； - - 交流侧线路电阻功耗；交流侧线路电阻功耗； - - 变换器开关和导通损耗变换器开关和导通损耗 - - 直流母线电容等效并联电阻损耗、电容充放电功率直流母线电容等效并联电阻损耗、电容充放电功率l图图3.3(b)3.3(b)表示由直流侧有源负载提供的有功功率回馈给电网并补偿各种损耗功表示由直流

14、侧有源负载提供的有功功率回馈给电网并补偿各种损耗功率的情况。率的情况。gPloadPgRPgsPCP(b)逆变运行逆变运行23 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制n忽略各种损耗后，变换器的忽略各种损耗后，变换器的直流侧与交流侧的功率平衡直流侧与交流侧的功率平衡关系：关系： (3.1.34) n由式由式 (3.1.25)可得：可得：n (3.1.35) ggd gddc loadloadPu iV iP11gqgdgdgqgdviLviuL 1132gdggqgqgdvULivLi 24 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制功率方程变为：功率方程变为： (3.1.36) (3.1.

15、37) 表明：表明：调节变换器交流侧电压空间矢量的两个分量，可以调调节变换器交流侧电压空间矢量的两个分量，可以调节变换器从电网吸收的有功和无功分量，使变换器在不同的节变换器从电网吸收的有功和无功分量，使变换器在不同的有功、无功状态下作四象限运行。有功、无功状态下作四象限运行。1gqggd gdgdvPPu iuL 1gdggd gqgdgdvQQu iuuL - igq- igd25 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制网侧网侧PWM变换器控制概况变换器控制概况l网侧网侧PWM变换器的主要的功能是保持直流母线电压的稳定、输入电流变换器的主要的功能是保持直流母线电压的稳定、输入电流正弦和控

16、制输入功率因数。正弦和控制输入功率因数。l直流母线电压的稳定与否取决于交流侧与直流侧的有功功率是否平衡。直流母线电压的稳定与否取决于交流侧与直流侧的有功功率是否平衡。如果能有效地控制交流侧输入有功功率，则能保持直流母线电压的稳定。如果能有效地控制交流侧输入有功功率，则能保持直流母线电压的稳定。l由于电网电压基本上恒定，所以对交流侧有功功率的控制实际上就是对由于电网电压基本上恒定，所以对交流侧有功功率的控制实际上就是对输入电流有功分量的控制。输入电流有功分量的控制。l输入功率因数的控制实际上就是对输入电流无功分量的控制，输入功率因数的控制实际上就是对输入电流无功分量的控制，l输入电流波形正弦与否

17、主要与电流控制的有效性和调制方式有关。输入电流波形正弦与否主要与电流控制的有效性和调制方式有关。 因此，整个网侧因此，整个网侧PWM变换器的控制系统可以分为两个环节变换器的控制系统可以分为两个环节:电压外环控制及电流内环控制，如图电压外环控制及电流内环控制，如图3.4所示。所示。26 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制l图图3.4 网侧网侧PWM变换器电流闭环控制系统变换器电流闭环控制系统 u电流开环控制电流开环控制也称为间接电流控制，根据网侧也称为间接电流控制，根据网侧PWM变换器的稳态方变换器的稳态方程设计，无电流传感器，成本较低，其静态特性好，控制结构简便，程设计，无电流传感器，

18、成本较低，其静态特性好，控制结构简便，但在暂态过程中有近但在暂态过程中有近100%的电流超调和剧烈振荡，的电流超调和剧烈振荡，无法实用无法实用。27 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制l电流闭环控制器种类很多可以把电流闭环控制器种类很多可以把网侧网侧PWMPWM变换器交流侧主电变换器交流侧主电路路看成一台看成一台虚拟的交流电机虚拟的交流电机来分析。来分析。图图3.5 网侧网侧PWM变换器交流侧主电路等效虚拟交流电机定子绕组示意图变换器交流侧主电路等效虚拟交流电机定子绕组示意图28 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制凡是用于凡是用于PWMPWM逆变器供电交流电机的高性能控制方法大

19、都均逆变器供电交流电机的高性能控制方法大都均可应用于网侧可应用于网侧PWMPWM变换器的控制。如变换器的控制。如: :l电网电压定向矢量控制电网电压定向矢量控制(Voltage Oriented Control (Voltage Oriented Control ( (VOCVOC) ); ) ); l电网磁链定向矢量控制电网磁链定向矢量控制(Flux Oriented Control (Flux Oriented Control (FOCFOC) );) );l虚拟电网磁链定向矢量控制虚拟电网磁链定向矢量控制(Virtual Flux Oriented (Virtual Flux Orien

20、ted Control (Control (VFOCVFOC); ); l直接转矩控制直接转矩控制(Direct Torque Control (Direct Torque Control (DTCDTC););l直接功率控制直接功率控制(Direct Power Control (Direct Power Control (DPCDPC) ) 等。等。29 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制l网侧网侧PWM变换器控制与变换器控制与PWM逆变器驱动交流电机控制之间逆变器驱动交流电机控制之间的关系的关系 网侧网侧VSC机侧机侧VSC 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制在网侧在网侧

21、PWMPWM变换器的电变换器的电流控制中，以流控制中，以电网电压电网电压矢量矢量 d d轴定向轴定向的的电压电电压电流双闭环流双闭环控制最为广泛。控制最为广泛。为省掉电压传感器，也为省掉电压传感器，也可以采用虚拟电网磁链可以采用虚拟电网磁链定向。定向。图3.21 虚拟电网磁链定向的无电网电压传感器网侧PWMPWM变换器矢量控制框图图中，利用两相电流和桥臂图中，利用两相电流和桥臂的开关信号估计出虚拟电网的开关信号估计出虚拟电网磁链的磁链的、分量，进而得到分量，进而得到的正弦、余弦值，以此进行的正弦、余弦值，以此进行坐标变换。坐标变换。31 网侧网侧PWM变换器及其控制变换器及其控制l图中，利用两

22、相电流和桥图中，利用两相电流和桥臂的开关信号估计出虚拟臂的开关信号估计出虚拟电网磁链的电网磁链的、分量；分量；l进而得到进而得到的正弦、余弦的正弦、余弦值；值；l以此进行坐标变换，获得以此进行坐标变换，获得无电网电压传感器的无电网电压传感器的d d 轴轴虚拟磁链定向的同步旋转虚拟磁链定向的同步旋转坐标系统，坐标系统，l据此实现了相应的矢量控据此实现了相应的矢量控制。制。图3.19 3.19 d d 轴虚拟电网磁链定向的网侧PWM变换器 稳态矢量图32VSC VSC VOC VOC 策略策略网侧网侧PWM变换器变换器( (VSC) )传统控制方式传统控制方式 - - 矢量变换控制矢量变换控制(V

23、OC)l原理原理: 将将VSC网侧交流电流分解成有功、无功分量，采用网侧交流电流分解成有功、无功分量，采用2 2个个PI电流电流调节器控制调节器控制2 2分量电流，实现分量电流，实现有功、无功功率的间接控制有功、无功功率的间接控制l缺点缺点: 有复杂的坐标旋转变换；有复杂的坐标旋转变换； 电流调节器整定难，特性受运行状态变化大；电流调节器整定难，特性受运行状态变化大； 电网电压不平衡时必须分解成正负序两套系统下实施电网电压不平衡时必须分解成正负序两套系统下实施d-q解耦控制；解耦控制； PI为线性控制器难满足非线性系统的优化控制。为线性控制器难满足非线性系统的优化控制。33VSC VSC DP

24、C DPC 策略策略（传统）（传统）DPCDPC策略策略l根据：根据： 瞬时有功、无功功率的误差瞬时有功、无功功率的误差 VSCVSC交流侧电压矢量的空间位置交流侧电压矢量的空间位置 采取二位滯环调节器，从优化的开关表中选择采取二位滯环调节器，从优化的开关表中选择VSCVSC三相开三相开 关状态（即电压空间矢量），关状态（即电压空间矢量），直接控制产生的瞬时功率直接控制产生的瞬时功率大小，大小，达到达到消除功率误差消除功率误差的目的。的目的。l优点：优点： 功率调节动态响应快功率调节动态响应快 无需矢量旋转变换、线性无需矢量旋转变换、线性PIPI调节器及其引发缺陷调节器及其引发缺陷 能适应不平

25、衡电压下的控制能适应不平衡电压下的控制34VSC VSC DPC DPC 策略策略l缺点：缺点： 静态性能优劣取决滯环调节器带宽，有静态性能优劣取决滯环调节器带宽，有静动态特性矛盾静动态特性矛盾 VSC开关频率不恒定开关频率不恒定，带来滤波器设计困难、电流波形，带来滤波器设计困难、电流波形畸变、损耗发热及冷却有问题畸变、损耗发热及冷却有问题 动态性能还与电网、负载及运行工况有关动态性能还与电网、负载及运行工况有关摆脱滞环控制器及查表方式的传统摆脱滞环控制器及查表方式的传统DTC策略，采用策略，采用 定频后计算各矢量的优化作用顺序及时间，实现开关频率定频后计算各矢量的优化作用顺序及时间，实现开关

26、频率 恒定、功率波动小、电流畸变小的新型恒定、功率波动小、电流畸变小的新型DTC策略策略 -预测直接功率控制预测直接功率控制（Predicted Direct Power Control - P-DPC） 35VSC VSC DPC DPC 策略策略瞬时有功、无功功率定义瞬时有功、无功功率定义l并网并网VSCVSC电压、磁链关系电压、磁链关系 (1)(1) (2) (2) (3) (3)l并网并网VSCVSC等值电路等值电路 dtdLsscsIVVdtdtccssVVcssIsL(a) 静止坐标系36VSC VSC DPC DPC 策略策略 (b) 同步速d-q坐标系scssssIsLscsc

27、scssssssVV11jjsLscssssI l同步速同步速d-q坐标系内坐标系内VSC电路方程电路方程 (4)(4) (5) (5) (6) (6)37VSC VSC DPC DPC 策略策略l当坐标系当坐标系d d轴定向在定子磁链矢量轴定向在定子磁链矢量s上时上时 有有 (7)(7) (8) (8) Fig. 2 同步速坐标系中电网 及网侧变换器交流侧磁链矢量csdcs1 dqcq0,sqsds0dtddtdsdss38VSC VSC DPC DPC 策略策略l从电网输入的有功、无功功率从电网输入的有功、无功功率 则则 (10) (9) ssscsssssss1s1111133VI223

28、()()23()()()23232ssssdsqsdsqcdcqssdsqsdcdsqcqssdsdcdcqssdcqcdsdsPjQjLj jjjLjj LjjLj LsdcdsdsscqsdssLQLP112323说明说明: : 控制控制d d、q q轴轴VSCVSC磁链磁链cqcq、cd, cd, 可以独立地控制可以独立地控制PsPs、QsQs00039VSC VSC DPC DPC 策略策略传统传统DPC策略策略l当当sd、1恒定时恒定时 (11)说明说明: 有功有功Ps、无功、无功Qs的变化取决于的变化取决于 d、q轴轴VSC磁链磁链cq、cd, 的变化的变化l根据根据 , 有有 离

29、散化离散化 (12)dtdLdtdQdtdLdtdPcdsdsscqsdss112323ccV dtccVdtdccVt说明：控制所施加的电压矢量说明：控制所施加的电压矢量, 可控制磁链的变化；可控制磁链的变化； 磁链矢量沿所施加的电压矢量方向运动；磁链矢量沿所施加的电压矢量方向运动； 运动速度正比于电压矢量的大小。运动速度正比于电压矢量的大小。40VSC VSC DPC DPC 策略策略l 对于对于三相、二电平三相、二电平VSCVSC，共有，共有6 6个有效电压矢量，二个零电个有效电压矢量，二个零电 压矢量压矢量Vdvcavcbvcc (a) 图3(a) 两电平变换器 (b) 电压空间矢量及

30、其扇区划分V4 (100)V3 (011)V6 (110)V2 (010)V1 (001)V5 (101)(II)(I)(III)(IV)(V)(VI)cV4V6V2V3V1V5ABCV0(000)V7 (111)V0/V7(b)41VSC VSC DPC DPC 策略策略l如果电网磁链矢量如果电网磁链矢量s的的空间位置己知，则每个空间位置己知，则每个电压矢量对电压矢量对VSC磁链分磁链分量量cq、cd 的作用效的作用效果就可决定，继而可决果就可决定，继而可决定出对有功、无功功率定出对有功、无功功率的影响的影响l按此原则可规划出优化按此原则可规划出优化开关表开关表，决定出减少有，决定出减少有功

31、、无功功率控制误差功、无功功率控制误差的最佳电压空间矢量的最佳电压空间矢量 - 传统查表法传统查表法LUT-DPC策策略略42VSC VSC DPC DPC 策略策略查表法（查表法（Look-Up-Table ）LUT DPCl依据依据: : (13)(13)l电压空间矢量平面均分电压空间矢量平面均分 6 6 或或12 12 等分等分( (区间区间) ) 根据电源磁链矢量根据电源磁链矢量ss的空间的空间 位置位置, , 可确定出各电压矢量可确定出各电压矢量 对对VSCVSC磁链分矢量磁链分矢量cqcq、cdcd 的影响的影响, , 继而确定出对有功、继而确定出对有功、 无功功率无功功率PsPs

32、、QsQs的影响的影响ccVtFig. 3 d-q 及-坐标系电网及网侧变换器磁链空间矢量43VSC VSC DPC DPC 策略策略l 实测有功功率实测有功功率PsPs、无功功率、无功功率QsQs，分别与其指令值，分别与其指令值P P* *s s、Q Q* *s s相相比较，其误差经滞环调节器调节，分别输出有功功率控制信号比较，其误差经滞环调节器调节，分别输出有功功率控制信号S SP P、无功功率控制信号、无功功率控制信号S SQ Q 定义：定义： (14) Fig. 4 Schematic diagram of LUT-DPC for DC/AC converters,1,0,1,ssp

33、qssssP QSP QP Q增加不变减少44VSC VSC DPC DPC 策略策略l按此原则可规划出优化开关表，决定出减少有功、无功功率按此原则可规划出优化开关表，决定出减少有功、无功功率控制误差的最佳电压空间矢量控制误差的最佳电压空间矢量 - - 传统查表法传统查表法LUT-DPCLUT-DPC策略策略l区间（）优化电压空间矢量表表一：优化开关表Sq-101 Sp-1V2V2 / V6V60V3V0 / V7V4 1V1V0 / V7V545VSC VSC DPC DPC 策略策略l 说明：说明： 根据根据: : P Sp P Sp cq cq V V Q Sq Q Sq cd cd V

34、 V 有有: : V V3 3: : cd 0 cd 0 Q 0 Sq = -1Q 0 cq 0 P 0 Sp = -1P 0 Sp = -1 V V1 1: : cd 0 cd 0 Q 0 Sq = -1Q 0 Sq = -1 cq = 0 cq = 0 P = 0 Sp = 0P = 0 Sp = 0 V V5 5: : cd 0 cd 0 Q 0 Sq = -1Q 0 Sq = -1 cq cq 0 Sp = 1P 0 Sp = 1Sq-101Sp-1V3V3 / V2V20V1V0 / V7V6 1V5V0 / V7V4区间（区间（II）46VSC VSC DPC DPC 策略策略 S

35、q = 0 Sq = 0 Q = 0 Q = 0 时时, , 选用只改选用只改变一桥臂元件的电压矢量变一桥臂元件的电压矢量, , 以降低以降低开关频率。此时一般开关频率。此时一般采用零矢量，采用零矢量，但但V V0 0/V/V7 7 则按开关次数少者选用。则按开关次数少者选用。 若若Sp = -1 Sp = -1 P 0 VP 0 Ps V3d0 Qs 70预测预测DPC DPC 策略策略Fig. 4 power variation under different voltage vector sequences71预测预测DPC DPC 策略策略l安排规律：安排规律： （A A）序列）序列A

36、 A：两相邻采样周期：两相邻采样周期TsTs内，电压矢量内，电压矢量顺序相同。顺序相同。 (B) (B) 序列序列B B：两相邻采样周期：两相邻采样周期TsTs内，有效电压矢量内，有效电压矢量顺序相反顺序相反, , 但但只用只用V V0 0 (C) (C) 序列序列C C：两相邻采样周期：两相邻采样周期TsTs内，电压矢量内，电压矢量顺序相反顺序相反, V, V0 0 、V V7 7 交替交替使使 用。用。l效果效果: : 采样周期采样周期TsTs终点终点, , 瞬时瞬时P PS S、Q QS S均被调制到指令值均被调制到指令值P PS S* *、Q QS S* * 。 但：但： 序列序列A

37、A：P PS S、Q QS S平均值不等于平均值不等于P PS S* *、Q QS S* * ，特别是，特别是P PS S； 序列序列B B、C C：因：因2Ts2Ts内波形对称，内波形对称，P PS S、Q QS S平均值等于平均值等于P PS S* *、Q QS S* *； 序列序列C C：因：因TsTs终点终点插入插入V V7 7 ，有功，有功P PS S波动小波动小； 三种序列有三种序列有相同的无功相同的无功Q QS S波动波动。72预测预测DPC DPC 策略策略原因分析：原因分析：l某电压矢量作用下的功率波动可通过某电压矢量作用下的功率波动可通过改写式（改写式（1818）来预测，即

38、用来预测，即用 （2525）l对于对于零矢量零矢量, , V Vcdcd = = V Vcqcq = 0 = 0 , , 则有则有 (26)(26) 由于由于L Ls sI Is s远比电源磁链远比电源磁链s s 小小, , 则则零矢量作用下零矢量作用下P PS S 0( P 0( PS S增大增大), ), 而而Q QS S 0 (Q 0 (QS S不变不变) )11113232ssssssdssssssqscqcdTP L ILTQ L ILVVsqss21ssssdsss21sssILL2T3QILL2T3P0073预测预测DPC DPC 策略策略l分析分析V V2 2、V V3 3作用

39、作用 因因 V V2q2q、V V3q3q 0 0 P PS S 0 P 0 0 Q QS S 0 Q 0 QS S V V3d3d 0 0 Q QS S 0 Q 0 QS S 故故V V2 2、V V3 3作用作用P PS S 、Q QS S 曲线走势如图曲线走势如图( (图图) )74预测预测DPC DPC 策略策略仿真研究仿真研究l系统参数系统参数Rated line-to-line voltage (rms):138 VRated power500 WSource frequency50 HzLine reactor resistance R0.1 Line reactor induc

40、tance Ls0.006 HDC link voltage250 VFilter capacitor40 F开关频率开关频率2.5kHz, 2.5kHz, 采样频率采样频率5kHz5kHzTable I Parameters used in simulated vsc system VSC75预测预测DPC DPC 策略策略l动态响应动态响应Fig. 5 (A) Various active and reactive power steps (a): Active power input; (b) Reactive power input; (c) Three Phase line curr

41、ents; Ps = -300W (VSCPs = -300W (VSC输出输出) ) 0 0 + +300W (VSC300W (VSC输入输入) ) Qs = -300Var Qs = -300Var ( (感性感性) ) 0 0 + +300Var (300Var (容性容性) )PsQsThree Phase line currentsl P P、Q Q解耦性好解耦性好l 2Ts2Ts内内P P、Q Q波形波形( (图图5(B) 5(B) 与序列与序列C C分析分析( (图图4) 4) 吻合吻合76预测预测DPC DPC 策略策略实验研究实验研究l 实验系统实验系统Fig. 6 Exp

42、erimental setup77预测预测DPC DPC 策略策略l动态响应动态响应 (A) Proposed DPC (B) Traditional vector control (a) Active power step from 300 W to -300 W Fig. 7 Experimental results under various active and reactive power steps: (1) Active power Input (1 kW/div); (2) Reactive power input (1 kVAr/div); (3) Phase A volta

43、ge (100 V/div); (4) Phase A current (5 A/div). PsQs78预测预测DPC DPC 策略策略 (A) Proposed DPC (B) Traditional vector control ( b) Reactive power Step from 300 VAr to -300 VAr Fig. 7 Experimental results under various active and reactive power steps: (1) Active power Input (1 kW/div); (2) Reactive power inp

44、ut (1 kVAr/div); (3) Phase A voltage (100 V/div); (4) Phase A current (5 A/div). PsQs79预测预测DPC DPC 策略策略l跟踪性能跟踪性能 P P* *S S、Q Q* *S S为为 20Hz, 300 VA20Hz, 300 VA交流指令交流指令, P, PS S、Q QS S 跟踪误差小跟踪误差小(A) Active power variation, (1): Active power reference (1 kW/div); (2) Measured active power (1 kW/div);

45、(3) Phase a voltage (100 V/div); (4) Phase a current (5 A/div); (5) Active power error (1 kW/div); (B) Reactive power variation, (1): Reative power reference (1 kVAr/div); (2) Measured reactive power (1 kVAr/div); (3) Phase a voltage (100 V/div); (4) Phase a current (5 A/div). (5) Reactive power err

46、or (1 kVAr/div); Fig. 8 Experimental results showing the tracking of varying active and reactive power references P*SQ*SPSQSPerrorQerror80预测预测DPC DPC 策略策略l恒频特性验证恒频特性验证 Fig. 9 Experiment line current harmonic spectrum of the proposed CSF DPC 线电流频谱表明主体频率为线电流频谱表明主体频率为2.5kHz(2.5kHz(开关频率开关频率) )及其倍频及其倍频81

47、VSC VSC DPC DPC 策略策略REFERENCES1 Dawei Zhi, Lie Xu, et al., New Direct Power Control Strategy for Grid Connected Voltage Source Converters , Proc. ICEMS, 2008.2 L. Xu, D. Zhi, and L.Y. Liao Direct Power Control of Grid Connected Voltage Source Converters, Proc. IEEE PES GM, 2007.3 D. Zhi, L. Xu, and

48、J. Morrow, Improved Direct Power Control of Doubly-Fed Induction Generator Based Wind Energy System Proc. IEMDC, 2007 4 L. Xu and P. Cartwright, Direct Active and Reactive Power Control of DFIG for Wind Energy Generation IEEE Trans. Energy Conversion, Vol. 21, No. 3, Sept. 2006, pp. 750-758. 5 D. Zh

49、i and L. Xu, Direct power control of DFIG with constant switching frequency and improved transient performance, IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 22, no. 1, Mar. 2007, pp. 110118. 82VSC VSC DPC DPC 策略策略REFERENCES6 H. Akagi, Y. Kanazawa and A. Nabae, Generalized Theory of the Instantaneous Reactive

50、 Power in Three-Phase Circuits, Proc. Int. Power Electron. Conf, 1983, pp. 1375-1386.7 M. P. Kazmierkowski and L. Malesani, Current control techniques for three-phase voltage-source PWM converters: A survey, IEEE Trans. Industrial Electronice, vol. 45, Oct. 1998, pp. 691703. 8 T. Noguchi, H. Tomiki,