信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法研究

郭颖娜，董张卓，马昭

（1.西安石油大学电子工程学院，陕西西安 710065；2.西安航空学院电子工程学院，陕西西安 710077）

信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法研究

郭颖娜1，董张卓1，马昭2

（1.西安石油大学电子工程学院，陕西西安 710065；2.西安航空学院电子工程学院，陕西西安 710077）

依托信息数字技术，提出信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法设计。采用智能电频强度控制技术（VNDS）、波强保护算法（BVUS）与动态脉宽控制技术（BDZT），对传统双Buck并网逆变器电流控制方法存在的问题进行解决。仿真实验证明，提出的信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法各项测试数值优于传统双Buck并网逆变器电流控制方法。

单相双Buck并网逆变器；双闭环；逆变滤波电路

近年来，逆变器的广泛使用给电流控制方面带来诸多便利，而双Buck形式的采用使逆变器逆变桥控制逻辑性更加灵活，适应性更强[1-2]。但是，随着长期应用发现，传统双Buck并网逆变器电流控制方法在大规模并网状态下并网电流强度控制稳定性差[3-4]；多波束电流极易造成逆变滤波电路过载，导致逆变器短路、受损[5-6]；同时，存在不确定性因素导致的逆变电流环闭合不良的问题。上述一系列问题极大地影响大规模电流并网安全，造成不必要的经济损失[7-8]。

针对上述一系列问题进行深入研究发现，问题产生原因在于传统方法中的底部算法逻辑性差[9]。根据问题原因，依托现代信息化技术提出信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法设计，采用智能电频强度控制技术（VNDS）对并网电流进行电频波形强制，达到电流波形一致化，从而达到统一电流强度的目的；为了解决传统方法中因电流稳定性差导致的滤波电路过载问题，设计中采用波强保护算法（BVUS），动态分析滤波电路工作状态，根据滤波电路工作可受能力，动态调整电流承受值，有效保护滤波电路运行稳定、安全；最后，提出信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法。设计中考虑到了实际应用中电流并网后的脉宽会随着电流量的剧增变化，极易对设备造成二次损坏。为了保证并网电流的全程稳定，设计采用了动态脉宽控制技术（BDZT），对并网后的电流脉宽进行动态调整，抑制了并网电流脉宽剧增。有效解决传统双Buck并网逆变器电流控制方法存在的问题。

通过仿真实验证明，提出的信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法各项测试数值优于传统双Buck并网逆变器电流控制方法。

1 信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法研究

1.1 智能电频强度控制技术（VNDS）

传统并网电流控制方法中由于算法逻辑的不对应，导致大规模电流并网时，电频受电流量增大的影响，瞬态电频稳定性失衡，电流波频出现多样式分布，电流控制稳定性下降，严重威胁并网电流运行安全[10-12]。

针对并网状态下电流活跃程度与电频波束呈现状态，提出信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法。设计中采用智能电频强度控制技术（VNDS）进行波束强制处理，降低并网电流风险指数。

智能电频强度控制技术（VNDS）通过内部波束稳定算法进行电流波调整，通常以稳定、健康的正弦电流波型为基础，动态调整电流工作波弦幅度，达到提高电流躁动波束、降低电流量、稳定电流流向的目的。智能电频强度控制技术（VNDS）中波束稳定算法关系如下所示。

上述关系式为波束稳定算法中正弦波与余弦波的算法表达关系式。智能电频强度控制技术（VNDS）会智能检测工作电流逆变状态，动态调用波束稳定算法的两种形式，保证电流并网后逆变过程的电频波束的稳定、安全。

常规状态下，采用传统并网电流控制方法控制的电流波束呈现4种紊乱波束形态，具体波形如图1—图4所示。

图1 非对称正弦低频波波形示意Fig.1 Signal of non symmetrical sinusoidal low frequency wave

图2 正弦躁动波波形示意Fig.2 Signal of sine wave

图3 余弦躁动波波形示意Fig.3 Cosine wave shape

图4 余弦平峰波波形示意Fig.4 Cosine wave shape

上述4种波形会给电流并网控制系统带来不可逆的影响与损失。采用本文提出的方法进行波束强制处理后的正弦波电流与余弦波电流图像如图5—图6所示。

通过图1—图6的对比，可以清楚看到提出的信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法设计中采用智能电频强度控制技术（VNDS）对并网电流波的控制效果十分明显。

图5 智能电频强度控制技术（VNDS）波束强制处理后的正弦波波形示意Fig.5 Signal waveform of the intelligent power frequency control technology（VNDS）after beam forced treatment

图6 智能电频强度控制技术（VNDS）波束强制处理后的余弦波波形示意Fig.6 Cosine waveform of intelligent power frequency control technology（VNDS）after beam forced treatment

1.2 波强保护算法（BVUS）

信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法设计中采用波强保护算法（BVUS），对传统电流控制方法存在的滤波电路过载问题进行滤波电路保护，动态调整电流强度与电路之间负荷阻抗系数，达到保护滤波电路目的。波强保护算法（BVUS）关系式如式（3）所示。

上述关系式中，当并网电流的电阻值Ω呈上升趋势时，电流I的电波半径r随Ω值增大。此时，波强保护算法（BVUS）关系式为保证电流I稳定，动态调整关系式参数值，得到高阻值下的保护算法表达式为：

当波强保护算法（BVUS）关系式（3）中的电阻值Ω达到最小值时，电流I的电波半径r受Ω的影响减小。此时，波强保护算法（BVUS）关系式为保证电流I稳定，动态调整关系式参数值，得到低阻值下的保护算法表达式为：

当波强保护算法（BVUS）关系式（3）中的动态保护值i达到临界值状态下，关系式中电流I、电波半径r电阻值Ω形成稳定闭环环流。此时，波强保护算法（BVUS）关系式呈双闭合回流保护状态。关系式如式（6）所示。

通过上述4组波强保护算法（BVUS）表达式，可以有效解决传统并网电流控制方法中存在的各种因素造成的滤波电路过载问题。达到并网电流控制操作过程中的电流强度稳定、电流量对滤波电路负荷可控、提升滤波电路转换效能的作用。

传统技术与新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法设计中采用波强保护算法（BVUS），在滤波电路保护上的作用对比如表1—表2所示。

表1 传统并网电流控制方法中采用的滤波电路保护技术工作效果参数Tab.1 Performance parameters of the filter circuit protection technology used in the traditional grid connected current control method

表2 波强保护算法（BVUS）针对滤波电路保护工作效果参数Tab.2 Effects of wave protection algorithm（BVUS）for parameters of the filter circuit

通过上述表1和表2的数据对比可以看出，提出的信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法，设计中采用波强保护算法（BVUS）在滤波电路保护上的作用非常显著，彻底解决传统控制方法存在的并网电流调整逻辑不到位，导致的滤波电路过载问题。

1.3 动态脉宽控制技术（BDZT）

针对传统并网电流控制方法中缺少对电流脉宽检测、调整、控制的设计缺陷，设计了动态脉宽控制技术（BDZT）进行弥补、解决。在日常工作状态下，并网电流在并网过程中，由于逆变器内部二级闭环电路作用，使电流量激增。当电流量达到一定值时，电流限位现值系数开始增大，逆变器中的电流受其影响，电流脉宽随之增大。当电阻值不变、电流脉宽增大，会增加闭环电路与逆变器中滤波电路中的电流相位数量，从而增加电路负担，导致电路损坏。

提出信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法，设计中采用动态脉宽控制技术（BDZT）对并网进入逆变器中的电流脉宽系数进行动态监测与调整。通过智能电频强度控制技术（VNDS）与波强保护算法（BVUS）处理后的反馈数据，进行电流脉宽分析、参数预置；通过对并网电流实际脉宽检测与预置参数进行对比、调整，使脉宽设置数达到并网电流工作最佳状态。从而达到保护整套工作电路的工作稳定、安全的目的。

动态脉宽控制技术（BDZT）中采用微动频检测算法（IJVE）与同位脉宽限制算法（UCHE）相结合的二位集成算法形式。将脉宽检测与脉宽调整两项任务分开处理，提升处理效率与准确率；集中数据、统一调整的设计方案，使两项算法形成独立且相辅的关系。在两项算法中，负责脉宽数据监测的微动频检测算法（IJVE）参数依据源主要来源于智能电频强度控制技术（VNDS）的处理回馈信号，根据处理后的电频强度进行运算分析，得出此时电路中电流脉宽数值，并将预置数据与实际脉宽数据下传至同位脉宽限制算法（UCHE），随后进行调整处理。同位脉宽限制算法（UCHE）接到数据后，会自动调取波强保护算法（BVUS）处理后的滤波电路中电流半径数据，通过综合运算微动频检测算法（IJVE）下传数据与波强保护算法（BVUS）处理后电流半径数据，得出脉宽调整方案，将脉宽数值动态调整到最佳工作数值，以达到保护电路的目的。

动态脉宽控制技术（BDZT）中微动频检测算法（IJVE）关系表达式如式（7）所示：

动态脉宽控制技术（BDZT）中同位脉宽限制算法（UCHE）关系表达式如式（8）所示。

动态脉宽控制技术（BDZT）处理前后电路中电流脉宽曲线如图7—图8所示。

图7 动态脉宽控制技术（BDZT）处理前电路中电流脉宽曲线Fig.7 Current pulse width curve in the front circuit of dynamic pulse width control（BDZT）

图8 动态脉宽控制技术（BDZT）处理后电路中电流脉宽曲线Fig.8 Current pulse width curve in the rear circuit of dynamic pulse width control（BDZT）

通过图7与图8的脉宽曲线线型走势，可以清楚看出信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法设计中采用动态脉宽控制技术（BDZT）对并网电流脉宽的控制效果明显。

通过综合利用上述3种控制技术，构成信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法，解决传统双Buck并网逆变器电流控制方法存在的问题。

2 实验与结论

针对提出的信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法进行仿真实验测试。测试采用对比方式，对传统并网电流控制方法与提出的信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法进行对比测试，并对结果数据进行分析，得出结论。

测试环境配置为：CPU i7 6 500 k主频3.4 Hz，内存4 GB，Windows 10 64 bit专业版操作系统。在Matlab/Simulink环境下进行仿真实验。输入电压为350 V，电阻为30 Ω，电容为450 μF，开关频率为20 kHz，其他测试参数如表3所示。

表3 仿真实验测试对比参数Tab.3 Comparison of parameters of simulation experiment

通过上述表3的测试数据可以证明，提出的信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法具有较好的并网电流控制效果。在整体电流强度、脉宽调整、电路保护上效果显著。从问题根源上，彻底解决传统并网电流控制方法存在的一系列问题。

3 结语

针对近年来我国传统并网电流控制方法存在的一系列问题进行了深入分析，根据问题产生原因提出了信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法的设计。通过仿真实验测试证明，提出的信息化新型单相双Buck并网逆变器双闭环并网电流控制方法的设计各项测试数据都优于传统并网电流控制方法，满足对传统方法的改进设计要求。

[1]王爱霞.基于恒功率控制的并网模式下微源逆变器控制系统设计[J].电网与清洁能源，2014，30（3）:48-53.WANG Aixia.Design of micro-source inverter control system in grid-connected mode based on constant power control[J].Power System and Clean Energy，2014，30（3）: 48-53（in Chinese）.

[2]谢永流，程志江，刘杰，等.带LCL滤波的并网逆变器改进PR控制策略[J].陕西电力，2014，42（6）:21-24.XIE Yongliu，CHENG Zhijiang，LIU Jie，et al.Improved PR control strategy for grid-connected inverter with LCL filter[J].Shaanxi Electric Power，2014，42（6）:21-24（in Chinese）.

[3]高胜利，冯文秀，申强，等.风光互补逆变器控制方法的研究与仿真[J].节能技术，2012，30（5）：23-26，45.GAO Shengli，FENG Wenxiu，SHEN Qiang，et al.The research and simulation of wind and solar inverter control method[J].Energy Conservation Technology，2012，30（5）：23-26，45（in Chinese）.

[4]张军军，郑飞，张晓琳，等.光伏逆变器低电压穿越检测装置对比试验分析[J].电网与清洁能源，2015，31（5）: 84-88.ZHANG Junjun，ZHENG Fei，ZHANG Xiaolin，et al.Comparative test analysis on low voltage ride through testing device for photovoltaic inverters[J].Power System and Clean Energy，2015，31（5）:84-88（in Chinese）.

[5]秦为坤，胡存刚.基于改进的PR调节的单相LCL双闭环电流控制并网逆变器的研究[J].电气工程学报，2015，10（8）:40-44.QIN Weikun，HU Cungang.Research on single-phase LCL dual-loop grid current control based on the modified PR regulator[J].Journal of Electrical Engineering，2015，10（8）:40-44（in Chinese）.

[6]杜志华.LCL型并网逆变器双闭环控制方法的研究[J].机械管理开发，2015，30（9）:37-40.DU Zhihua.Research on double loop control method of grid-connected inverter with LCL filter[J].Mechanical Management and Development，2015，30（9）:37-40（in Chinese）.

[7]张小娥，王金梅，罗劲松.电流双环控制的LCL单相并网逆变器逆变研究[J].电源技术，2016，40（2）:416-418.ZHANG Xiaoe，WANG Jinmei，LUO Jinsong.Research of single-phase grid-connected inverter with LCL filter based on current double-loop control[J].Chinese Journal of Power Sources，2016，40（2）:416-418（in Chinese）.

[8]梁永清，李占龙，杜承蔚，等.基于平均电流的双闭环APFC电路的设计[J].电子设计工程，2015（12）:172-175.LIANG Yongqing，LI Zhanlong，DU Chengwei，et al.Design on APFC converter with double loop control based on average current mode[J].Electronic Design Engineering，2015（12）:172-175（in Chinese）.

[9]孙维广，尹斌，康亚东，等.三相双Buck并网逆变器SVPWM调制研究[J].电测与仪表，2015，52（8）:30-33.SUN Weiguang，YIN Bin，KANG Yadong，et al.Study of SVPWM for three-phase dual-buck grid-connected inverter[J].Electrical Measurement&Instrumentation，2015，52（8）:30-33（in Chinese）.

[10]李冬辉，桑元.一种基于SVPWM并网逆变器电流控制的研究[J].节能技术，2014，32（5）:37-40.LI Donghui，SANG Yuan.The research of grid-connected inverter current control based on SVPWM[J].Energy Conservation Technology，2014，32（5）:37-40（in Chinese）.

[11]丁恒春，杨晓波，钱吉红，等.基于dSPACE的光伏并网系统实时仿真[J].陕西电力，2015，43（12）:21-26.DING Hengchun，YANG Xiaobo，QIAN Jihong，et al.Real-time simulation of photovoltaic grid-connected system based on dSPACE[J].Shaanxi Electric Power，2015，43（12）:21-26（in Chinese）.

[12]徐海刚，段朝伟.基于新型指数趋近律的永磁同步电机电流滑模控制[J].科技通报，2016，32（7）:121-124.XU Haigang，DUAN Chaowei.Research on current sliding mode control of PMSM based on the novel exponent reaching law[J].Bulletin of Science and Technology，2016，32（7）:121-124（in Chinese）.

（编辑 徐花荣）

Research on the Control Method of Double Closed Loop Grid-Connected Current of the New Single-Phase Dual Buck Grid-Connected Inverter

GUO Yingna1，DONG Zhangzhuo1，MA Zhao2
（1.College of Electronic Engineering，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，Shaanxi，China；2.College of Electronic Engineering，Xi’an Aeronautic University，Xi’an 710077，Shaanxi，China）

Relying on information digital technology，a new type of double loop grid current control method for single phase double Buck grid connected inverter is proposed.The intelligent electric frequency intensity control technology（VNDS），wave protection algorithm（BVUS）and dynamic pulse width control technology（BDZT）are used to solve the problems existing in the traditional double Buck inverter current control method.The simulation results show that the proposed method is better than the traditional double loop current control method of single phase double Buck grid-connected inverter，and the test values are better than that of the traditional dual Buck grid-connected inverter current control method.

single phase dual Buck grid-connected inverter；double closed loop；inverter filter circuit

陕西省科技计划项目（2013K07-14）。

Project Supported by Science and Technology Program of Shaanxi Province（2013K07-14）.

1674-3814（2016）10-0114-06

TM721

A

2016-03-26。

郭颖娜（1972—），女，硕士，副教授，研究方向为电力电子系统分析与控制；

董张卓（1962—），男，博士，教授，研究方向为配电自动化技术；

马 昭（1990—），男，硕士，助教，研究方向为电力电子装置。