CN108448629B - 基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法及装置，其中，方法包括以下步骤：根据系统参数得到虚拟阻抗参数；根据虚拟阻抗参数在逆变器控制回路中引入反馈，以实现虚拟阻抗的谐振抑制。该方法通过引入的控制延时及其对虚拟阻抗阻尼效果的影响进行了考虑，计算并补偿数字控制延时导致的虚拟阻抗相角偏移，恢复了虚拟阻抗的正阻尼特征。

Description

基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法及装置

技术领域

本发明涉及新能源发电并网控制技术领域，特别涉及一种基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法及装置。

背景技术

新能源与分布式发电技术近年来不断发展，电力电子逆变器成为新能源发电与并网的重要设备。电流控制型逆变器由于其并网简单、易于控制、且可根据新能源实际出力情况灵活运行等特点，在新能源发电与并网领域应用广泛。逆变器的运行主要通过PWM(PulseWidth Modulation，脉宽调制)信号进行控制，因此会存在开关频率附近的高次谐波。为了不使PWM产生的高次谐波对电网造成不良影响，逆变器的输出端需要加入电路滤波器进行滤波。电感-电容-电感(LCL)型滤波器由于其良好的高频特性，对于PWM高频谐波具有良好的滤波特性，因此广泛应用于逆变器中。然而，LCL自身的特性存在谐振峰，同时当多台LCL滤波的逆变器并联运行时，还会存在额外的不稳定谐振的现象。不稳定谐振会严重影响逆变器的输出电能质量，同时也会为电网引入大量谐波。因此需要对谐振问题进行抑制，实现多逆变器较好的并网运行。

传统的并联谐振抑制方法采用电容电压一阶微分反馈或电容电流反馈引入虚拟阻抗。然而控制延时带来的相位偏移可能使得原有虚拟阻抗表现出负阻尼特性，进而导致谐振抑制失效。文献“LCL型逆变器的鲁棒延时补偿并网控制方法及其稳定性分析”所提出的谐振抑制方法，通过在三角载波的波谷采样电感电流，在其波峰采样电容电流，实现电容电流反馈延时补偿。然而，该研究建立在单相逆变器的基础上，是否适用于三相逆变器还有待进一步的研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法，该方法有效保证了谐振抑制效果，提高了谐振抑制的稳定性。

本发明的另一个目的在于提出一种基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法，包括以下步骤：根据系统参数得到虚拟阻抗参数；根据所述虚拟阻抗参数在逆变器控制回路中引入反馈，以实现虚拟阻抗的谐振抑制。

本发明实施例的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法，通过引入的控制延时及其对虚拟阻抗阻尼效果的影响进行了考虑，计算并补偿数字控制延时导致的虚拟阻抗相角偏移，恢复了虚拟阻抗的正阻尼特征，从而有效保证了谐振抑制效果，提高了谐振抑制的稳定性。

另外，根据本发明上述实施例的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据系统参数得到满足预设条件的虚拟阻抗参数，进一步包括：根据LCL滤波器的谐振频率f_r1与逆变器的并联谐振频率f_r2确定中心频率f₀；根据所述中心频率f₀得到所述虚拟阻抗参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，通过第一计算公式得到所述谐振频率f_r1，且所述第一计算公式为：

其中，L₁和L₂分别表示所述LCL滤波器的逆变器侧和电网侧的电感，C表示所述LCL滤波器的滤波电容；根据所述逆变器的控制参数、LCL滤波器参数和并联网络参数得到所述逆变器的并联谐振频率f_r2；通过第二计算公式得到所述虚拟阻抗参数，且所述第二计算公式为：

其中，G_v和C_v分别表示所述虚拟阻抗的电导和电容，T_s为系统的采样周期，K为预设参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述虚拟阻抗参数在逆变器控制回路中引入反馈，以实现虚拟阻抗的谐振抑制，进一步包括：对电压信号V_C,i在控制器内进行滤波，以防止基波频率的电压信号对基波电流控制产生影响；将滤波后的所述电压信号作为虚拟阻抗控制通道的输入信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述虚拟阻抗控制通道的传递函数为：

G_vr＝sL₁(G_v+sC_v)，

其中，s表示二阶带阻滤波器，L₁表示LCL滤波器逆变器侧的电感。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置，包括：参数获取模块，用于根据系统参数得到虚拟阻抗参数；谐振抑制模块，用于根据所述虚拟阻抗参数在逆变器控制回路中引入反馈，以实现虚拟阻抗的谐振抑制。

本发明实施例的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置，通过引入的控制延时及其对虚拟阻抗阻尼效果的影响进行了考虑，计算并补偿数字控制延时导致的虚拟阻抗相角偏移，恢复了虚拟阻抗的正阻尼特征，从而有效保证了谐振抑制效果，提高了谐振抑制的稳定性。

另外，根据本发明上述实施例的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述参数获取模块进一步用于根据LCL滤波器的谐振频率f_r1与逆变器的并联谐振频率f_r2确定中心频率f₀，并根据所述中心频率f₀得到所述虚拟阻抗参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，通过第一计算公式得到所述谐振频率f_r1，且所述第一计算公式为：

其中，L₁和L₂分别表示所述LCL滤波器的逆变器侧和电网侧的电感，C表示所述LCL滤波器的滤波电容；根据所述逆变器的控制参数、LCL滤波器参数和并联网络参数得到所述逆变器的并联谐振频率f_r2；通过第二计算公式得到所述虚拟阻抗参数，且所述第二计算公式为：

其中，G_v和C_v分别表示所述虚拟阻抗的电导和电容，T_s为系统的采样周期，K为预设参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述谐振抑制模块进一步用于对电压信号V_C,i在控制器内进行滤波，以防止基波频率的电压信号对基波电流控制产生影响，并将滤波后的所述电压信号作为虚拟阻抗控制通道的输入信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述虚拟阻抗控制通道的传递函数为：

G_vr＝sL₁(G_v+sC_v)，

其中，s表示二阶带阻滤波器，L₁表示LCL滤波器逆变器侧的电感。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的协振抑制策略的示意图；

图3为根据本发明一个实施例的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法。

图1是本发明一个实施例的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法的流程图。

如图1所示，该基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法包括以下步骤：

在步骤S101中，根据系统参数得到虚拟阻抗参数。

可以理解的是，本发明实施例根据系统参数设计合适的虚拟阻抗。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据系统参数得到满足预设条件的虚拟阻抗参数，进一步包括：根据LCL滤波器的谐振频率f_r1与逆变器的并联谐振频率f_r2确定中心频率f₀；根据中心频率f₀得到虚拟阻抗参数。

在本发明的一个实施例中，其中，通过第一计算公式得到谐振频率f_r1，且第一计算公式为：

其中，L₁和L₂分别表示LCL滤波器的逆变器侧和电网侧的电感，C表示LCL滤波器的滤波电容；根据逆变器的控制参数、LCL滤波器参数和并联网络参数得到逆变器的并联谐振频率f_r2；通过第二计算公式得到虚拟阻抗参数，且第二计算公式为：

其中，G_v和C_v分别表示虚拟阻抗的电导和电容，T_s为系统的采样周期，K为预设参数。

可以理解的是，根据逆变器LCL滤波器参数计算LCL滤波器的谐振频率f_r1，其中计算公式如下所示：

其中，L₁和L₂分别表示LCL滤波器逆变器侧和电网侧的电感，C表示LCL滤波器的滤波电容。根据逆变器控制参数、LCL滤波器参数和并联网络参数(逆变器个数以及电网等效阻抗参数)计算逆变器的并联谐振频率f_r2。

具体而言，根据LCL滤波器的谐振频率f_r1以及逆变器的并联谐振频率f_r2确定中心频率f₀。其中LCL滤波器的谐振频率f_r1根据下式决定，L₁和L₂分别表示LCL滤波器逆变器侧和电网侧的电感，C表示LCL滤波器的滤波电容。

逆变器的并联谐振频率f_r2根据逆变器控制参数、LCL滤波器参数和并联网络参数(逆变器个数以及电网等效阻抗参数)计算。

一般地，根据LCL滤波器的谐振频率f_r1以及逆变器的并联谐振频率f_r2确定中心频率f₀，一般地，中心频率f₀可取f_r1与f_r2的平均值，计算方式如下式所示。

确定虚拟阻抗的具体参数，本发明实施例设计的虚拟阻抗由电导和电容并联组成，电导和电容具体值计算方式如下所示：

其中，G_v和C_v分别表示虚拟阻抗中的电导和电容，T_s为系统的采样周期，K为待定参数，需结合系统特征方程的根的分布选择合适的值。

在步骤S102中，根据虚拟阻抗参数在逆变器控制回路中引入反馈，以实现虚拟阻抗的谐振抑制。

可以理解的是，本发明实施例根据上述设计的虚拟阻抗参数，在逆变器控制回路中引入反馈实现虚拟阻抗的谐振抑制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据虚拟阻抗参数在逆变器控制回路中引入反馈，以实现虚拟阻抗的谐振抑制，进一步包括：对电压信号V_C,i在控制器内进行滤波，以防止基波频率的电压信号对基波电流控制产生影响；将滤波后的电压信号作为虚拟阻抗控制通道的输入信号。

可以理解的是，用各逆变器的滤波电容电压V_C,i作为承担虚拟阻抗控制的逆变器的控制输入信号；对电压信号V_C,i在控制器内进行滤波，防止基波频率的电压信号对基波电流控制产生影响。在本发明中采用陷波滤波器进行滤波，带阻频率为基波频率，具体的二阶带阻滤波器s域传递函数表达式如下所示：

其中ω₀代表基波频率，通常为50Hz。ξ表示滤波器的阻尼系数，可根据实际情况进行参数选取，如0.2左右。

进一步地，在本发明的一个实施例中，虚拟阻抗控制通道的传递函数为：

G_vr＝sL₁(G_v+sC_v)，

其中，s表示二阶带阻滤波器，L₁表示LCL滤波器逆变器侧的电感。

具体而言，将经过滤波后的电压信号作为虚拟阻抗控制通道的输入信号。其中虚拟阻抗通道的传递函数如下所示。引入虚拟阻抗控制后，逆变器的具体控制框图如图2所示。加入谐振抑制信号的电流内环经过PR控制器，产生PWM电压信号，得到逆变器的输出电压，实现抑制谐振的功能。

综上，本发明实施例通过计算并补偿数字控制延时导致的虚拟阻抗相角偏移，恢复了虚拟阻抗的正阻尼特征。避免了传统虚拟阻抗可能表现出负阻尼特性，进而导致谐振抑制失效的问题。

根据本发明实施例提出的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法，通过引入的控制延时及其对虚拟阻抗阻尼效果的影响进行了考虑，计算并补偿数字控制延时导致的虚拟阻抗相角偏移，恢复了虚拟阻抗的正阻尼特征，从而有效保证了谐振抑制效果，提高了谐振抑制的稳定性。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置。

图3是本发明一个实施例的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置的结构示意图。

如图3所示，该基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置10包括：参数获取模块100和谐振抑制模块200。

其中，参数获取模块100用于根据系统参数得到虚拟阻抗参数。谐振抑制模块200用于根据虚拟阻抗参数在逆变器控制回路中引入反馈，以实现虚拟阻抗的谐振抑制。本发明实施例的装置10通过引入的控制延时及其对虚拟阻抗阻尼效果的影响进行了考虑，计算并补偿数字控制延时导致的虚拟阻抗相角偏移，恢复了虚拟阻抗的正阻尼特征。

进一步地，在本发明的一个实施例中，参数获取模块100进一步用于根据LCL滤波器的谐振频率f_r1与逆变器的并联谐振频率f_r2确定中心频率f₀，并根据中心频率f₀得到虚拟阻抗参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，通过第一计算公式得到谐振频率f_r1，且第一计算公式为：

其中，L₁和L₂分别表示LCL滤波器的逆变器侧和电网侧的电感，C表示LCL滤波器的滤波电容；根据逆变器的控制参数、LCL滤波器参数和并联网络参数得到逆变器的并联谐振频率f_r2；通过第二计算公式得到虚拟阻抗参数，且第二计算公式为：

其中，G_v和C_v分别表示虚拟阻抗的电导和电容，T_s为系统的采样周期，K为预设参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，谐振抑制模块200进一步用于对电压信号V_C,i在控制器内进行滤波，以防止基波频率的电压信号对基波电流控制产生影响，并将滤波后的电压信号作为虚拟阻抗控制通道的输入信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，虚拟阻抗控制通道的传递函数为：

G_vr＝sL₁(G_v+sC_v)，

其中，s表示二阶带阻滤波器，L₁表示LCL滤波器逆变器侧的电感。

需要说明的是，前述对基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置，通过引入的控制延时及其对虚拟阻抗阻尼效果的影响进行了考虑，计算并补偿数字控制延时导致的虚拟阻抗相角偏移，恢复了虚拟阻抗的正阻尼特征，从而有效保证了谐振抑制效果，提高了谐振抑制的稳定性。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据系统参数得到虚拟阻抗参数，其中，所述根据系统参数得到虚拟阻抗参数，进一步包括：根据LCL滤波器的谐振频率f_r1与逆变器的并联谐振频率f_r2确定中心频率f₀；根据所述中心频率f₀得到所述虚拟阻抗参数；其中，通过第一计算公式得到所述谐振频率f_r1，且所述第一计算公式为：

其中，L₁和L₂分别表示所述LCL滤波器的逆变器侧和电网侧的电感，C表示所述LCL滤波器的滤波电容；根据所述逆变器的控制参数、LCL滤波器参数和并联网络参数得到所述逆变器的并联谐振频率f_r2；通过第二计算公式得到所述虚拟阻抗参数，且所述第二计算公式为：

其中，G_v和C_v分别表示所述虚拟阻抗的电导和电容，T_s为系统的采样周期，K为预设参数；和

根据所述虚拟阻抗参数在逆变器控制回路中引入反馈，以实现虚拟阻抗的谐振抑制。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法，其特征在于，所述根据所述虚拟阻抗参数在逆变器控制回路中引入反馈，以实现虚拟阻抗的谐振抑制，进一步包括：

对各逆变器的滤波电压信号V_C,i在控制器内进行滤波，以防止基波频率的电压信号对基波电流控制产生影响；

将滤波后的所述电压信号作为虚拟阻抗控制通道的输入信号。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制方法，其特征在于，所述虚拟阻抗控制通道的传递函数为：

G_vr＝sL₁(G_v+sC_v)，

其中，s表示拉普拉斯变换后传递函数在复频域空间中的变量，L₁表示LCL滤波器逆变器侧的电感。

4.一种基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于根据系统参数得到虚拟阻抗参数，其中，所述参数获取模块进一步用于根据LCL滤波器的谐振频率f_r1与逆变器的并联谐振频率f_r2确定中心频率f₀，并根据所述中心频率f₀得到所述虚拟阻抗参数；其中，通过第一计算公式得到所述谐振频率f_r1，且所述第一计算公式为：

其中，L₁和L₂分别表示所述LCL滤波器的逆变器侧和电网侧的电感，C表示所述LCL滤波器的滤波电容；根据所述逆变器的控制参数、LCL滤波器参数和并联网络参数得到所述逆变器的并联谐振频率f_r2；通过第二计算公式得到所述虚拟阻抗参数，且所述第二计算公式为：

其中，G_v和C_v分别表示所述虚拟阻抗的电导和电容，T_s为系统的采样周期，K为预设参数；和

谐振抑制模块，用于根据所述虚拟阻抗参数在逆变器控制回路中引入反馈，以实现虚拟阻抗的谐振抑制。

5.根据权利要求4所述的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置，其特征在于，所述谐振抑制模块进一步用于对各逆变器的滤波电压信号V_C,i在控制器内进行滤波，以防止基波频率的电压信号对基波电流控制产生影响，并将滤波后的所述电压信号作为虚拟阻抗控制通道的输入信号。

6.根据权利要求5所述的基于虚拟阻抗的多逆变器并联谐振抑制装置，其特征在于，所述虚拟阻抗控制通道的传递函数为：

G_vr＝sL₁(G_v+sC_v)，

其中，s表示拉普拉斯变换后传递函数在复频域空间中的变量，L₁表示LCL滤波器逆变器侧的电感。

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