CN109687754A - 一种自适应三相lcl并网逆变器控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种自适应三相LCL并网逆变器控制方法，其还包括如下步骤：构建新型电容电压反馈有源阻尼控制策略，采用一阶高通滤波环节来替代电容电压微分反馈环节；检测电网内阻变化；根据检测的电网内阻变化量，实时修正高通滤波环节截止角频率、PI参数与并网电流反馈系数。构建了一种新型电容电压反馈有源阻尼控制策略，采用一阶高通滤波环节来替代电容电压微分反馈环节，解决了微分环节会对高频信号放大，导致系统难以实现的问题；通过实时修正相关控制策略参数，保证电网内阻发生变化时，系统控制策略参数不失效，能有效提高系统的并网电能质量。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种自适应三相LCL并网逆变器控制方法。
背景技术
以可再生能源为代表的微型能源发电技术、分布式发电技术以及储能技术的飞速发展，新能源并网发电正在逐渐成为研究的热点，随着分布式电源的广泛分布，电网越来越表现出弱电网的特性。在新能源发电并网系统中，分布式电源与电网间接口装置为LCL并网逆变器，LCL并网逆变器起着转换直流、交流电能形式，并在向电网输送符合电网要求交流电能的过程中起到重要作用。
在三相LCL逆变器并网系统中，LCL滤波器为三阶系统，LCL滤波器容易引起系统的谐振问题，在解决LCL滤波器的谐振问题上，目前采用有单电流闭环控制法、前向通路附加数字滤波器的有源阻尼法和基于模型降阶的反馈控制法。
然而，单电流闭环控制法依赖于系统参数，参数扰动时鲁棒性较差；前向通路附加数字滤波器的有源阻尼法依赖于滤波器参数难以兼顾带宽和幅值相位裕度；基于模型降阶的反馈控制法需要精确配置极点零点。考虑到实际电网输配电线路、隔离变压器等设备，电网存在一定的阻抗，且在较低频率范围一般呈现感性。当电网呈现弱电网的特性时，电网内阻的变化会引起系统谐振频率的改变，使得控制参数失效，最终导致系统不稳定，同时降低系统输出的并网电能质量。
发明内容
本发明针对在现有技术中，当电网呈现弱电网的特性时，电网内阻的变化会引起系统谐振频率的改变，使得控制参数失效，最终导致系统不稳定，同时降低系统输出的并网电能质量等问题，创造性提出了一种自适应三相LCL并网逆变器控制方法，通过实时修正相关控制策略参数，保证系统控制策略参数不失效，能有效提高系统的并网电能质量。
实现本发明的技术方案是：一种自适应三相LCL并网逆变器控制方法，其特征是，它还包括如下步骤：
(1)构建新型电容电压反馈有源阻尼控制策略：
采用一阶高通滤波环节来替代电容电压微分反馈环节，得到一种新型电容电压反馈有源阻尼控制策略，Hr(s)为一阶高通滤波环节的传递函数：
Kr为高通滤波反馈系数，
ωc为高通滤波环节的截止角频率，Kr为小于1的常数，ωc为常数，其值与滤波器的谐振角频率ωr相等，其中Lgi为系统的电网内阻，L1为逆变器侧电感、电容C和网侧电感L2为电网侧电感成LCL滤波器；
(2)通过检测电网内阻变化：
(2.1)在n个不同工作点测量得PCC点的并网电压U和并网电流i2，
式中，U为并网电压，i2为并网电流，Ug为电网电压，
将式(1)写成矩阵形式为：
Y＝I·XT+A (2)
其中，
根据公式XT＝I-1·[Y-A] (3)
求得矩阵XT，其中I-1为矩阵I的逆矩阵；
(2.2)由公式
其中fo为基础频率50Hz，下角标n表示有n行，
其中L′gi为电网内阻变化时测量得到的电网阻抗，
(3)实时修正高通滤波环节截止角频率、PI参数与并网电流反馈系数，提高并网电能质量：系统的闭环传递函数为：
其中，ωr为滤波器的谐振角频率
Hr(s)为一阶高通滤波环节的传递函数Hr(s)＝Kr×s/(s+ωc) (8)
β为并网电流反馈系数，本方法中取β为1，
L为滤波器电感，L＝L1+L2 (9)
Gi(s)为控制环中的PI控制器传递函数：
由式(6)可知，系统的环路增益为：
在分析低于或等于环路增益截止频率时，滤波电容的容抗远大于电网侧的感抗，可以认为滤波电容支路开路，将LCL滤波器简化为感值为L1+L2的单L滤波器，根据式(11)可得到近似的系统环路增益为：
在分析高于或等于环路增益截止频率处系统的幅频特性Gi(s)可以近似用Kp代替，由于在环路增益截止频率fc处，系统环路增益的幅值为1，即T(j2πfc)＝1 (13)，
其中fc为系统的截止频率，有：
则根据式(14)可得：
当电网内阻变化时候，β、Hr(s)、Gi(s)也随之变化，有：
其中β′为对应新电网内阻的并网电流反馈系数，H′r(s)为对应新电网内阻的一阶高通滤波函数，K′p为对应新电网内阻的Kp参数，
公式中
其中ω′c为对应新电网内阻的高通滤波截止角频率，ω′r为对应新电网内阻的滤波器谐振角频率，其中L′gi为新的电网内阻，对应变化的控制参数使得控制策略参数始终有效。
本发明一种自适应三相LCL并网逆变器控制方法的有益效果体现在：
1、一种自适应三相LCL并网逆变器控制方法，构建了一种新型电容电压反馈有源阻尼控制策略，采用一阶高通滤波环节来替代电容电压微分反馈环节，解决了微分环节会对高频信号放大，导致系统难以实现的问题；
2、一种自适应三相LCL并网逆变器控制方法，通过检测电网内阻变化，实时修正高通滤波环节截止角频率、PI参数与并网电流反馈系数，能有效解决电网内阻变化所导致系统输出并网电能质量降低的问题。
附图说明
图1是一种新型电容电压反馈有源阻尼控制框图；
图2是一种自适应三相LCL并网逆变器控制策略图；
图3是三相LCL逆变器并网系统在新型电容电压反馈有源阻尼控制策略下的并网电流仿真波形及频谱分析图；
图4是电网内阻增加时，三相LCL逆变器并网系统在新型电容电压反馈有源阻尼控制策略下系统的并网电流仿真波形及频谱分析图；
图5是电网内阻增加时，三相LCL逆变器并网系统在自适应三相LCL并网逆变器控制策略下系统的并网电流仿真波形及频谱分析图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照附图1，采用一阶高通滤波环节来替代电容电压微分反馈环节，得到一种新型电容电压反馈有源阻尼控制策略，Hr(s)为一阶高通滤波环节的传递函数：
Kr为高通滤波反馈系数，
ωc为高通滤波环节的截止角频率，Kr为小于1的常数，ωc为常数，其值与滤波器的谐振角频率ωr相等，其中Lgi为系统的电网内阻，L1为逆变器侧电感、电容C和网侧电感L2为电网侧电感成LCL滤波器；
参照附图2，通过检测电网内阻变化：
1、在n个不同工作点测量得PCC点的并网电压U和并网电流i2，
式中，U为并网电压，i2为并网电流，Ug为电网电压，
将式(1)写成矩阵形式为：
Y＝I·XT+A (2)
其中，
根据公式XT＝I-1·[Y-A] (3)
求得矩阵XT，其中I-1为矩阵I的逆矩阵；
2、由公式
其中fo为基础频率50Hz，下角标n表示有n行，
其中L′gi为电网内阻变化时测量得到的电网阻抗，
3、实时修正高通滤波环节截止角频率、PI参数与并网电流反馈系数，提高并网电能质量：
系统的闭环传递函数为：
其中，ωr为滤波器的谐振角频率
Hr(s)为一阶高通滤波环节的传递函数Hr(s)＝Kr×s/(s+ωc) (8)
β为并网电流反馈系数，本方法中取β为1，
L为滤波器电感，L＝L1+L2(9)
Gi(s)为控制环中的PI控制器传递函数：
由式(6)可知，系统的环路增益为：
在分析低于或等于环路增益截止频率时，滤波电容的容抗远大于电网侧的感抗，可以认为滤波电容支路开路，将LCL滤波器简化为感值为L1+L2的单L滤波器，根据式(11)可得到近似的系统环路增益为：
在分析高于或等于环路增益截止频率处系统的幅频特性Gi(s)可以近似用Kp代替，由于在环路增益截止频率fc处，系统环路增益的幅值为1，即T(j2πfc)＝1 (13)，
其中fc为系统的截止频率，有：
则根据式(14)可得：
当电网内阻变化时候，β、Hr(s)、Gi(s)也随之变化，有：
βHr(s)
其中β′为对应新电网内阻的并网电流反馈系数，H′r(s)为对应新电网内阻的一阶高通滤波函数，K′p为对应新电网内阻的Kp参数，
公式中
其中ω′c为对应新电网内阻的高通滤波截止角频率，ω′r为对应新电网内阻的滤波器谐振角频率，其中L′gi为新的电网内阻，对应变化的控制参数使得控制策略参数始终有效，提高了并网电能质量。
实施方式：
在Matlab/sinmulink中建立三相LCL逆变器并网系统，
对系统在新型电容电压反馈有源阻尼控制策略下，系统的并网电流波形图进行仿真，仿真波形如图3所示，可以看出当系统采用新型电容电压反馈有源阻尼控制策略时，系统并网电流正弦度高，谐波含量低；
对系统在新型电容电压反馈有源阻尼控制策略下，系统电网内阻增加时，系统的并网电流波形图进行仿真，仿真波形如图4所示，当电网内阻增加时，系统并网电流正弦度低，谐波含量高，电能质量不符合并网要求；
在一种自适应三相LCL并网逆变器控制方法控制下，仿真系统电网内阻增加时，系统的并网电流波形图，仿真波形如图5所示，当电网内阻增加时，系统并网电流正弦度高，谐波含量低，电能质量符合并网要求。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种自适应三相LCL并网逆变器控制方法，其特征是，它还包括如下步骤：
(1)构建新型电容电压反馈有源阻尼控制策略：
采用一阶高通滤波环节来替代电容电压微分反馈环节，得到一种新型电容电压反馈有源阻尼控制策略，Hr(s)为一阶高通滤波环节的传递函数：
Kr为高通滤波反馈系数，
ωc为高通滤波环节的截止角频率，Kr为小于1的常数，ωc为常数，其值与滤波器的谐振角频率ωr相等，其中Lgi为系统的电网内阻，L1为逆变器侧电感、电容C和网侧电感L2为电网侧电感成LCL滤波器；
(2)通过检测电网内阻变化：
(2.1)在n个不同工作点测量得PCC点的并网电压U和并网电流i2，
式中，U为并网电压，i2为并网电流，Ug为电网电压，
将式(1)写成矩阵形式为：
Y＝I·XT+A (2)
其中，
根据公式XT＝I-1·[Y-A] (3)
求得矩阵XT，其中I-1为矩阵I的逆矩阵；
(2.2)由公式
其中fo为基础频率50Hz，下角标n表示有n行，
其中L'gi为电网内阻变化时测量得到的电网阻抗，
(3)实时修正高通滤波环节截止角频率、PI参数与并网电流反馈系数，提高并网电能质量：
系统的闭环传递函数为：
其中，ωr为滤波器的谐振角频率
Hr(s)为一阶高通滤波环节的传递函数Hr(s)＝Kr×s/(s+ωc) (8)
β为并网电流反馈系数，本方法中取β为1，
L为滤波器电感，L＝L1+L2 (9)
Gi(s)为控制环中的PI控制器传递函数：
由式(6)可知，系统的环路增益为：
在分析低于或等于环路增益截止频率时，滤波电容的容抗远大于电网侧的感抗，可以认为滤波电容支路开路，将LCL滤波器简化为感值为L1+L2的单L滤波器，根据式(11)可得到近似的系统环路增益为：
在分析高于或等于环路增益截止频率处系统的幅频特性Gi(s)可以近似用Kp代替，由于在环路增益截止频率fc处，系统环路增益的幅值为1，
即T(j2πfc)＝1(13)，其中fc为系统的截止频率，有：
则根据式(14)可得：
当电网内阻变化时候，β、Hr(s)、Gi(s)也随之变化，
有：
其中β'为对应新电网内阻的并网电流反馈系数，H'r(s)为对应新电网内阻的一阶高通滤波函数，K'p为对应新电网内阻的Kp参数，
公式中
其中ω'c为对应新电网内阻的高通滤波截止角频率，ω'r为对应新电网内阻的滤波器谐振角频率，其中L'gi为新的电网内阻，对应变化的控制参数使得控制策略参数始终有效。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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