CN110190627B - 一种并网逆变器基于辅助环节的电网适应性控制算法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种并网逆变器基于辅助环节的电网适应性控制算法，非理想电网条件下的并网逆变器母线脉动提取；辅助环节DC/AC模型建立；基于DC/AC辅助环节进行电网适应控制仿真建模；等效电路模型的仿真模拟。本发明的有益效果是建立与电网参数可精确匹配的DC/AC辅助环节，辅助环节简单，能量损耗小，且可实时跟踪电网变化，无需进行电网阻抗辨识，大大减少了控制算法的难度。

Description

一种并网逆变器基于辅助环节的电网适应性控制算法
技术领域
本发明属于新能源并网逆变技术领域，涉及一种非理想电网下LCL并网逆变器基于辅助环节的电网适应性控制算法。
背景技术
化石能源枯竭和气候环境变化两大关键问题，促使全球范围内开展了一场以可再生能源和新能源发展为核心的新能源革命。并网逆变器作为可再生能源发电设备与电网之间的功率接口单元，担负着把可再生能源发出的电能向电网传送的重要使命。随着各种新能源接入配电网，及电网内普遍存在的非线性、不平衡负荷和外部配电网电压扰动等，配电网系统的构成及动态性能变的更加复杂，因此作为并网逆变的电路结构、并网逆变器相互之间的兼容性使得阻抗不匹配导致系统产生谐振，因此这些非理想电网运行环境下如何增强逆变器与电网之间的适应性，是保证并网电能质量及电网的安全可靠运行面临的关键难题。
为解决时变电网下并网逆变器进网电流谐波抑制和系统稳定性问题，主要有两种解决思路：
①基于逆变器阻抗模型，降低逆变器输出阻抗法。将并网逆变器看成是逆变器与电网两个独立子系统，以阻抗的形式表示逆变器外特性，利用级联阻抗稳定判据，通过合理设计源与负荷之间阻抗匹配关系可以有效改善系统稳定性，提高稳定裕度。
在对交互系统进行研究时，首先需要获取并网逆变器和电网的阻抗模型，现有技术采用谐波线性化阻抗建模方法，建立了三相L型滤波形式的并网逆变器的正负序阻抗模型，而在实际电路中通常采用LCL型滤波器，因此针对三相LCL型并网逆变器进行了阻抗建模。上述模型忽略了电网发生不平衡时阻抗模型之间的耦合作用。
②基于电网阻抗辨识法。现有技术提出了一种基于电网阻抗观测的解耦补偿控制策略，通过观测电网阻抗实时调整控制器参数，实现自适应控制，利用脉冲响应分析法实现了电网阻抗的在线辨识，基于电网阻抗辨识与逆变器阻抗模型对并网系统进行了稳定性分析及设计，该类方法难点在于时变的电网阻抗的实时检测的准确性。因此精确的电网阻抗测量是实现并网逆变器在弱电网场合下高性能自适应控制的关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种并网逆变器基于辅助环节的电网适应性控制算法，本发明的有益效果是建立与电网参数可精确匹配的DC/AC辅助环节，辅助环节简单，能量损耗小，且可实时跟踪电网变化，无需进行电网阻抗辨识，大大减少了控制算法的难度。
本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
(1)、非理想电网条件下的并网逆变器母线脉动提取；
(2)、辅助环节DC/AC模型建立；
(3)基于DC/AC辅助环节进行电网适应控制仿真建模；
(4)等效电路模型的仿真模拟。
进一步，所述步骤(1)包括
a、基于MATLAB仿真平台，仿真非理想电网条件下母线电压二次脉动与电网阻抗、电网角度之间关系，分析母线脉动与电网阻抗和电网角度的主次要因素，得到二次脉动电压-电网角度△u-θ数学关系；
b、基于ANF谐波提取母线二次脉动分量，利用三相软件锁相技术提取二倍频母线脉动初始相位θ及脉动电压幅值，分析电网阻抗、电网正序分量、负序分量对二倍频脉动电压幅值的影响。
进一步，步骤(2)以电网电压最大15％的脉动作为非理想电网运行环境，基于MATLAB在逆变器额定功率下进行进行单相DC/AC建模，仿真运行逆变得到与电网脉动幅值相等的二倍频电压。
进一步，步骤(3)基于直接功率控制算法，将逆变器在非理想电网条件下的母线电压二倍频脉动分量，利用锁相环为DC/AC辅助环节提供逆变电压初始相位角度，利用提ANF提取的脉动电压幅值进行母线电压功率脉动补偿，从而构成了基于辅助环节的功率补偿控制模型。
进一步，步骤(4)将建立的等效电路模型，利用MATLAB仿真软件平台，在一定范围的电网阻抗变动时，不考虑电压负序分量和电网阻抗分量的基础上，利用辅助环节补偿母线二倍频功率脉动，基于直接功率控制算法实现电网的自适应控制，在减少电网阻抗辨识的基础上提供并网逆变器的电网适应性控制，以此验证控制算法的正确性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种并网逆变器基于辅助环节的电网适应性控制算法步骤如下：
(1)、非理想电网条件下的并网逆变器母线脉动提取；
a、基于MATLAB仿真平台，仿真非理想电网条件下母线电压二次脉动与电网阻抗、电网角度之间关系，分析母线脉动与电网阻抗和电网角度的主次要因素，得到二次脉动电压-电网角度(△u-θ)数学关系；
b、基于ANF谐波提取母线二次脉动分量，利用三相软件锁相技术提取二倍频母线脉动初始相位θ及脉动电压幅值，分析电网阻抗、电网正序分量、负序分量对二倍频脉动电压幅值的影响。
(2)、辅助环节DC/AC模型建立；
以电网电压最大15％的脉动作为非理想电网运行环境，基于MATLAB在逆变器额定功率下进行进行单相DC/AC建模，仿真运行逆变得到与电网脉动幅值相等的二倍频电压。
(3)基于DC/AC辅助环节进行电网适应控制仿真建模；
基于直接功率控制算法，将逆变器在非理想电网条件下的母线电压二倍频脉动分量，利用锁相环为DC/AC辅助环节提供逆变电压初始相位角度，利用提ANF提取的脉动电压幅值进行母线电压功率脉动补偿，从而构成了基于辅助环节的功率补偿控制模型。
(4)等效电路模型的仿真模拟；
将建立的等效电路模型，利用MATLAB仿真软件平台，在一定范围的电网阻抗变动时，不考虑电压负序分量和电网阻抗分量的基础上，利用辅助环节补偿母线二倍频功率脉动，基于直接功率控制算法实现电网的自适应控制，在减少电网阻抗辨识的基础上提供并网逆变器的电网适应性控制，以此验证控制算法的正确性。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、辅助环节建模简单，所需补偿功率很小。
2、无需阻抗辨识环节，减少了阻抗辨识程序的编制，程序在基于直接功率补偿控制基础上增加一个脉动补偿分量即可。
2、二倍频脉动环节基于三相软件锁相技术和ANF谐波提取6个开关周期即可提取，为DC/AC辅助环节提供脉动功率分量，程序简单、修改灵活。
3、本发明的基于辅助环节的电网适应性控制算法，在无需电网阻抗辨识的基础上，基于MATLAB仿真平台，利用ANF和软件锁相环节，辅助DC/AC环节可实现逆变器的稳定性控制。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种并网逆变器基于辅助环节的电网适应性控制方法，其特征在于按照以下步骤进行：
步骤1、非理想电网条件下的并网逆变器母线脉动提取，a、基于MATLAB仿真平台，仿真非理想电网条件下母线电压二次脉动与电网阻抗、电网角度之间关系，分析母线脉动与电网阻抗和电网角度的主次要因素，得到二次脉动电压(△u)-电网角度(θ)数学关系；
b、基于自适应陷波滤波器(ANF)谐波提取母线二次脉动分量，利用三相软件锁相技术提取二倍频母线脉动初始相位电网角度(θ)及脉动电压幅值，分析电网阻抗、电网正序分量、负序分量对二倍频脉动电压幅值的影响；
步骤2、基于DC/AC辅助环节进行电网适应控制仿真建模，以电网电压最大15％的脉动作为非理想电网运行环境，基于MATLAB在逆变器额定功率下进行进行单相DC/AC建模，仿真运行逆变得到与电网脉动幅值相等的二倍频电压；
步骤3、辅助环节DC/AC模型建立，基于直接功率控制算法将逆变器在非理想电网条件下的母线电压二倍频脉动分量，利用锁相环为DC/AC辅助环节提供逆变电压初始相位角度，利用自适应陷波滤波器(ANF)提取的脉动电压幅值进行母线电压功率脉动补偿，从而构成了基于辅助环节的功率补偿控制模型；
步骤4、等效电路模型的仿真模拟，利用MATLAB仿真软件平台，在一定范围的电网阻抗变动时，不考虑电压负序分量和电网阻抗分量的基础上，利用辅助环节补偿母线二倍频功率脉动，基于直接功率控制算法实现电网的自适应控制，在减少电网阻抗辨识的基础上提供并网逆变器的电网适应性控制，以此验证控制方法的正确性。
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