CN109390945A - Lcl并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法 - Google Patents

Lcl并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法 Download PDF

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毛艳芳
刘飞
胡广
江陈桢
冯鹏
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Abstract

本发明涉及一种LCL并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法，包括LCL并网逆变器与控制电路，所述LCL并网逆变器包括直流电压源、滤波电容、逆变器、LCL滤波器，逆变器经过LCL滤波器连接至高阶配电网；所述控制电路的控制方法为：入网电流经过入网电流反馈系数Hi2形成入网电流值，入网电流参考指令值与入网电流值的差值作为滤波器模块的输入，在LCL滤波器中获得的电容电流经过电容电流反馈系数Hi1后形成电容电流输出值，滤波器模块的输出与电容电流输出值的差值作为PWM产生电路SPWM的输入，PWM产生电路SPWM的输出送至逆变器。本发明对LCL并网逆变器接入高阶配电网产生的高频谐振能够有效的抑制。

Description

LCL并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法
技术领域
本发明涉及并网逆变器的技术领域，尤其涉及一种LCL并网逆变器接入高阶配电网系统的高频谐振抑制方法。
背景技术
在分布式发电技术的发展过程中，随着光伏发电、风力发电等新能源发电技术并网的比例不断提高，并网逆变器作为分布式电源和配电网系统的接口，承担着越来越重要的作用。由于PWM的调制作用，功率开关器件在工作过程中会产生大量的高频谐波，因此需要对逆变器和配电网系统之间加入滤波器。相比于L型滤波器而言，LCL型滤波器由于其体积小，成本低得到了广泛的应用。而LCL滤波器自身为三阶的无阻尼系统，其参数会对系统稳定性产生影响。
此外，随着城市化进程的不断深入，配电网系统中电缆铺设率的提高、系统容性无功补偿装置投入的上升等，配电网系统的电网阻抗已经不能简单的等效为一个集总的电感参数，而是表现出复杂的高阶特性。在LCL型并网逆变器接入高阶配电网系统后，会与配电网系统发生高频谐振现象，从而影响系统的稳定性。
目前对逆变器和配电网系统的谐振抑制策略都是着眼于抑制LCL型滤波器固有的谐振频率，其主要方法有无源阻尼和有源阻尼方法。很少涉及高阶配电网系统与逆变器的高频谐振问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种LCL并网逆变器接入高阶配电网系统的高频谐振抑制方法，对LCL并网逆变器接入高阶配电网系统产生的高频谐振能够进行有效的抑制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种LCL并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法，包括LCL并网逆变器与控制电路，所述LCL并网逆变器包括直流电压源、接在直流电压源两端的滤波电容、接在直流电压源两端的逆变器、LCL滤波器，逆变器经过LCL滤波器连接至高阶配电网；所述控制电路的控制方法为：
入网电流经过入网电流反馈系数Hi2形成入网电流值，入网电流参考指令值与入网电流值的差值作为滤波器模块的输入，在LCL滤波器中获得的电容电流经过电容电流反馈系数Hi1后形成电容电流输出值，滤波器模块的输出与电容电流输出值的差值作为PWM产生电路SPWM的输入，PWM产生电路SPWM的输出送至逆变器。
所述滤波器模块包括一个或两个以上串联的滤波器Gfilter，所述滤波器Gfilter在高频段存在一个向下的反向谐振尖峰，用来补偿LCL并网逆变器并入高阶配电网过程中产生的高频谐振尖峰。
所述PWM产生电路SPWM的载波幅值为直流电压源电压Udc，并且载波频率固定，调制波为逆变器一个控制周期内输出的平均电压Uinv，所述PWM产生电路SPWM输出占空比为D＝Uinv/Udc的PWM波，其中-1≤D≤1。
所述直流电压源为分布式电源。
所述逆变器为单相全桥逆变器。
所述滤波器Gfilter包括电感Lf1、电感Lf2、电容Cf,其传递函数为：
本发明的有益效果是：本发明对LCL并网逆变器接入高阶配电网系统产生的高频谐振能够进行有效的抑制。本发明的谐振抑制方法，能够更好的抑制系统的高频谐振现象，本发明不会增加额外的功率损耗，显著降低并网电流的谐波含量，提高并网系统的动态稳定性。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为本发明的原理结构图；
图2为高阶配电网系统的等效结构图；
图3为控制电路的电流双闭环控制框图；
图4为LCL逆变器并入高阶配电网的等效电路图；
图5为本发明的滤波器Gfilter传递函数和现有技术的闭环传递函数的波特图；
图6为引入本发明的滤波器Gfilter后配电网系统的波特图；
图7为本发明的滤波器Gfilter的结构图；
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
一种LCL并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法，包括LCL并网逆变器与控制电路，所述LCL并网逆变器包括直流电压源、接在直流电压源两端的滤波电容、接在直流电压源两端的逆变器、LCL滤波器，逆变器经过LCL滤波器连接至高阶配电网。LCL并网逆变器接入高阶配电网形成LCL并网逆变器与高阶配电网系统。
所述的直流电压源采用太阳能电池板构成的PV源或者其他分布式发电中的分布式电源。所述逆变器采用单相全桥逆变器。
所述控制电路的控制方法为：
入网电流经过入网电流反馈系数Hi2形成入网电流值，入网电流参考指令值与入网电流值的差值作为滤波器模块的输入，在LCL滤波器中获得的电容电流经过电容电流反馈系数Hi1后形成电容电流输出值，滤波器模块的输出与电容电流输出值的差值作为PWM产生电路SPWM的输入，PWM产生电路SPWM的输出送至逆变器。
所述滤波器模块包括一个或两个以上串联的滤波器Gfilter，所述滤波器Gfilter在高频段存在一个向下的反向谐振尖峰，用来补偿LCL并网逆变器并入高阶配电网过程中产生的高频谐振尖峰。
所述PWM产生电路SPWM的载波幅值为直流电压源电压Udc，并且载波频率固定，调制波为逆变器一个控制周期内输出的平均电压Uinv，所述PWM产生电路SPWM输出占空比为D＝Uinv/Udc的PWM波，其中-1≤D≤1。
图1为本发明的原理结构图，虚线框以外的为主电路结构，主电路结构主要为LCL并网逆变器接入配电网系统，Udc为直流电压源，Cdc为直流侧滤波电容，V1-V4为逆变器的功率开关元件。vinv为逆变器输出侧电压。电感L1、电感L2、电容C构成LCL滤波器。Zg为高阶配电网的等效阻抗,vg为高阶配电网的电压。虚线框内为控制结构，其中，Gi为滤波器Gfilter的系数，滤波器Gfilter的目的在于抑制逆变器与高阶配电网系统产生的谐振问题。Hv为电压采样系数，PLL为锁相环，用来获得PCC点电压的相位θ。Iref为入网电流参考指令值的设定值，入网电流参考指令值iref＝Irefsinθ。
图2是高阶配电网系统的等效结构图，所述高阶配电网以六个π型等效电路构成，所述高阶配电网的阻抗模型为：
图3是控制电路的电流双闭环控制框图，根据控制框图可以得到所述LCL并网逆变器的输出阻抗为：
图4为LCL并网逆变器并入高阶配电网的等效电路图，建立LCL并网逆变器接入高阶配电网后并网电流i2的传递函数：
式中：
通过分析配电网系统的闭环传递函数N(s)，可以判断配电网系统是否存在谐振现象。图5为本发明的滤波器Gfilter传递函数和现有技术中闭环传递函数的波特图。由现有技术中闭环传递函数可以看出，系统存在多个显著的谐振尖峰，对应的谐振频率分别为fsr1、fsr2…fsrn，即系统发生了严重的谐振现象。如图7所示，一种滤波器Gfilter包括电感Lf1、电感Lf2、电容Cf,其传递函数为：
由图5可以发现，滤波器Gfilter存在一个特定频率fr1下的向下的谐振尖峰，利用该向下的谐振尖峰可以补偿原系统的闭环传递函数的向上的谐振尖峰，从而可以抑制原系统中存在的谐振现象，从而达到谐振抑制的作用。当系统中存在多个谐振尖峰时，可以将抑制不同频率的滤波器Gfilter串联起来，从而实现对多个谐振现象的抑制。
图6为以抑制第一个显著的谐振尖峰fsr1为例，引入一个滤波器Gfilter后系统的波特图。引入的滤波器Gfilter用来消除原系统在1800Hz左右下的谐振现象，即选取的一种滤波器Gfilter，其在1800Hz左右存在反向的谐振尖峰，用来抑制系统在1800Hz左右的谐振现象。通过图6可以发现，系统在1800Hz下的谐振尖峰基本被消除，系统在1800Hz左右的谐振现象被引入的滤波器Gfilter很好的抑制。
本发明的谐振抑制方法，能够更好的抑制系统的高频谐振现象，引入的滤波器Gfilter为无源高阻滤波器，不会增加额外的功率损耗，显著降低并网电流的谐波含量，提高并网系统的动态稳定性。
根据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种LCL并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法，包括LCL并网逆变器与控制电路，所述LCL并网逆变器包括直流电压源、接在直流电压源两端的滤波电容、接在直流电压源两端的逆变器、LCL滤波器，逆变器经过LCL滤波器连接至高阶配电网；其特征在于：所述控制电路的控制方法为：
入网电流经过入网电流反馈系数Hi2形成入网电流值，入网电流参考指令值与入网电流值的差值作为滤波器模块的输入，在LCL滤波器中获得的电容电流经过电容电流反馈系数Hi1后形成电容电流输出值，滤波器模块的输出与电容电流输出值的差值作为PWM产生电路SPWM的输入，PWM产生电路SPWM的输出送至逆变器。
2.根据权利要求1所述的LCL并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法，其特征在于：所述滤波器模块包括一个或两个以上串联的滤波器Gfilter，所述滤波器Gfilter在高频段存在一个向下的反向谐振尖峰，用来补偿LCL并网逆变器并入高阶配电网过程中产生的高频谐振尖峰。
3.根据权利要求1所述的LCL并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法，其特征在于：所述PWM产生电路SPWM的载波幅值为直流电压源电压Udc，并且载波频率固定，调制波为逆变器一个控制周期内输出的平均电压Uinv，所述PWM产生电路SPWM输出占空比为D＝Uinv/Udc的PWM波，其中-1≤D≤1。
4.根据权利要求1所述的LCL并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法，其特征在于：所述直流电压源为分布式电源。
5.根据权利要求1所述的LCL并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法，其特征在于：所述逆变器为单相全桥逆变器。
6.根据权利要求2所述的LCL并网逆变器接入高阶配电网的高频谐振抑制方法，其特征在于：所述滤波器Gfilter包括电感Lf1、电感Lf2、电容Cf,其传递函数为：
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112688586A (zh) * 2020-12-16 2021-04-20 河南海格经纬信息技术有限公司 Lcl型并网逆变器改进型加权平均电流的控制方法

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