Electronics | 电网故障过载电流怎么办？单相并网逆变器电流控制算法来预防

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可再生能源的研究和应用，促使了风能和太阳能技术的发展。在电能的产生和利用过程中，交流/直接整流、直流/交流变频过程必不可少，其中所蕴含的电路拓扑结构和控制算法的发展得到了广泛关注。可再生能源产生的直流电，必须通过逆变器变成交流电，再同电网中的交流电结合起来使用，这就是并网逆变器(Grid-Connect Inverter，GCI)。在住宅电力系统、光伏系统、电动汽车接入网(V2G)中，常用到单相并网逆变器(signal-phase GCI)。

什么是过载电流故障？

当电网发生线路对地故障时，并网逆变器系统中的瞬态电流可能达到极限，导致跳闸或损坏系统部件。这种因过载电流引起的故障可以通过硬件(保险丝或电路)或软件(控制算法)方法来预防。

近期，来自韩国全北国立大学(Jeonbuk National University)e-Drive系统实验室的Jae Suk Lee教授及其研究团队在Electronics期刊上发表了一篇科研论文，提出利用静态坐标系电流控制算法，改善单相并网逆变器的瞬态特性。通过仿真和实际测试，在电网发生故障时，这种干扰抑制控制算法可以降低单相并网逆变器系统的过载电流发生。

采用单相并网逆变控制系统的住宅分布式发电

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设计过程

带有单相并网逆变器的住宅分布式发电系统，包括单相并网逆变器、电网电流控制系统和LCL滤波器。

单相并网逆变器：介于分布式发电应用端(住宅太阳能发电系统、电动车电网接入系统等)和单相交流电网系统之间。

电网电流控制系统：包含删极驱动器(gate drivers)、电压调制、比例积分(PI)电流控制器操作绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关。

LCL滤波器：用于减少开关过程中产生的谐波。

加入命令前馈控制(command feedforward control)的系统框图

本文提出的控制算法，就是在系统中控制交流电(AC)的相位(相当于直流DC信号)，取代直接控制电流矢量。控制交流信号，会产生稳态误差和相位延迟。为了弥补这一缺点，算法中加入了命令前馈控制(command feedforward control)方法。

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测试过程

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1	测试系统搭建完成，其中图a为实验室测试系统，图b为并相逆变器和无源低通滤波器。
2	实验过程中： 电网故障模拟情况及各种阶数的谐波电压由三相可编程交流电源模拟产生。 控制板采用德州仪器F28377S MCU DSP芯片，负责整个系统的控制和信号处理。 三菱智能电源模块(IPMs)用于系统的逆变器和整流器。 整流器用来代替电动汽车中的电池组或光伏系统产生的直流电。 散热器用于减少IPMs在运行过程中产生的热量。

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实验结果

实验结果表明，加入了干扰抑制的控制算法，可以降低峰值电流的电压值，从而在电网发生故障时，能有效地降低峰值电流，减少故障率。在系统硬件复杂度降低的情况下，提高了系统性能。

Electronics(ISSN 2079-9292，IF：1.764)于2012年创刊，是电子科学与应用领域的开放获取期刊，致力于发表电子器件、微电子与计算机技术、光电子工程、通信工程、信号与信息处理、微波理论与技术、生物电子工程、能源电子及系统等领域的各类文章。采用单盲同行评审，一审平均周期是15天，文章从接收到发表仅需2.8天。

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Jeong, H.; Lee, J.S. A Stationary Reference Frame Current Control Algorithm for Improvement of Transient Dynamics of a Single Phase Grid Connected Inverter. Electronics 2020, 9, 722.

往期回顾：

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翻译作者：Michelle Zhou

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