CN110311411A - 弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿系统及方法 - Google Patents

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钱强
魏琦
谢少军
许津铭
陈文明
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Abstract

本发明公开了一种弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿系统及方法，具体为：采样公共耦合点电网电压作为电网电压带阻滤波前馈的输入信号，所述输入信号经过带阻滤波器获得输出信号，该输出信号作为电网电压前馈补偿输入，其同电流调节器输出信号叠加后生成调制波控制逆变桥。此种控制方法减小了并网逆变器输出阻抗在滤波器谐振频率附近呈现的感性有源区域以及控制带宽内的容性有源区域，实现了并网逆变器输出阻抗的无源特性，兼顾了传统的电网电压比例前馈抑制电网电压低次谐波的能力和并网逆变器对电网阻抗的适应性，有效地改善了不同电网阻抗下的进网电流质量。

Description

弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿系统及方法
技术领域
本发明属于并网逆变器的电流控制领域，尤其涉及一种弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿系统及方法。
背景技术
随着分布式能源在电网中的渗透率逐年提高，并网逆变器作为分布式能源同电网间的重要接口获得了广泛关注。为滤除并网逆变器由脉宽调制引起的大量的开关频率附近的谐波，LCL等更高阶的滤波器被广泛应用于并网逆变器场合。目前，大量的并网逆变器控制方法一般仅考虑了感性阻抗较小的较为理想的电网条件。然而，分布式能源分布较为分散，长距离的输配电线路、配电侧的升压变压器的漏感、以及本地的挂接于公共耦合点(point of common coupling,PCC)的电力电子设备使得PCC处的电网电压呈现非理想特性，具体表现为富含电压背景谐波和一定的感抗或容抗。
为克服PCC电压谐波对进网电流质量的影响，采用电网电压前馈补偿的方式简单、可靠，相较于提高电流控制器的增益来说，电网电压前馈补偿可以兼顾进网电流质量和并网逆变器的动态响应，该方法在工程中得到了广泛的应用。但在非理想电网下，PCC电压前馈补偿会引入一条额外的进网电流正反馈通路，尽管理论上来说，前馈补偿方法可以提高并网逆变器输出阻抗模值，完全抵消PCC电压干扰的影响，但是受限于数字控制延迟等因素，在某些电网阻抗下进网电流还是会表现为严重的谐波失真甚至系统不稳定等现象。
为实现并网逆变器对电网阻抗的强鲁棒性，徐飞、汤雨和谷伟发表于2016年9月20日《中国电机工程学报》第36卷18期上的《弱电网条件下LCL型并网逆变器谐振前馈控制策略研究》，提出使用多个二阶广义积分器提取PCC电压低次谐波频率处的电压信息，这是折衷考虑感性阻抗下并网逆变器稳定性和动态响应的结果。还有学者提出PCC电压基波前馈、全前馈等方式解决感性电网阻抗下并网逆变器谐波振荡问题，但是相关方法忽略了由线缆分布电容和挂接于PCC处的电力电子设备问题引起的容性电网阻抗，以及牺牲了一部分PCC前馈补偿对进网电流谐波的抑制能力，不利于提高复杂电网条件下的并网逆变器进网电流质量。
目前现有文献表明PCC电压前馈补偿可较好地抑制电网电压背景谐波激起的进网电流谐波，但是在非理想电网条件下前馈补偿会引起并网逆变器系统稳定性降低，尤其是现有前馈补偿方法均未考虑容性电网阻抗的影响。
发明内容
发明目的：为解决上述现有技术中未考虑容性电网阻抗的影响、进网电流质量低等问题，本发明提供一种弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿系统及方法。
技术方案：本发明提供一种弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿系统，所述并网逆变器包括：逆变桥和LCL滤波器；所述带阻前馈补偿系统包括：电流调节器、带阻滤波器、正弦脉宽调制模块、逆变桥以及LCL滤波器；所述电流调节器对基准电流与进网电流进行调节，得到输出信号ucon，所述带阻滤波器对公共耦合点电压进行滤波，得到输出信号upcc-f；所述正弦脉宽调制模块对信号ucon和信号upcc-f叠加后的信号进行脉宽调制生成驱动信号，并将该驱动信号传送至逆变桥；所述逆变桥根据驱动信号将逆变桥直流侧输入的直流电逆变为高频交流电；所述LCL滤波器滤除该高频交流电中的谐波成分，并产生进网电流。
进一步的，所述并网逆变器为单相并网逆变器或三相并网逆变器。
弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿方法具体：
步骤1：对基准电流和进网电流的差值进行闭环调节；得到调节后的信号ucon；采集公共耦合点电压，并利用滤波算法对公共耦合点电压进行滤波，得到信号upcc-f；
步骤2：将信号ucon和信号upcc-f叠加得到信号um；并对信号um进行脉宽调制从而生成驱动信号；
步骤3：逆变桥根据驱动信号将逆变桥直流侧输入的直流电逆变为高频交流电uinv；对uinv进行滤波，从而得到流入电网的进网电流。
进一步的，所述步骤3中采用LCL滤波器实现对高频交流电uinv的滤波。
进一步的，所述步骤1中的滤波算法采用带阻滤波算法，其表达式为：
其中，ωc是中心频率，A是增益，B是中心频率附近的阻尼系数；s是拉普拉斯算子。
进一步的，所述中心频率ωc＝1.0ω～1.25ω；所述ω为LCL滤波器固有谐振频率；所述增益A小于1。
进一步的，采用突斯汀-预畸变的离散化实现带阻滤波算法。
有益效果：本发明无需额外的电网阻抗测量成本，在复杂电网条件下本发明的并网逆变器具有较优的进网电流质量、动态性能和稳定性；且易于实现；本发明适用于单相以及三相LCL滤波并网逆变器。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明的电路图；
图3为本发明的带阻滤波器；
图4为采用传统的电网电压比例前馈时电网电流电容电流双闭环控制框图；
图5为采用本发明的带阻前馈补偿系统时电网电流电容电流双闭环控制框图；
图6为采用传统的电网电压比例前馈时的并网逆变器的输出阻抗和电网阻抗伯德图；
图7为采用本发明时并网逆变器的输出阻抗和电网阻抗伯德图；
图8为采用传统的电网电压比例前馈时的并网逆变器的进网电流和PCC电压波形图；
图9为采用本发明时并网逆变器的进网电流和PCC电压波形图。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
如图1、2所示，本实施例提供一种弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿系统，该系统包括：电流调节器、带阻滤波器、正弦脉宽调制模块；所述电流调节器对基准电流与进网电流进行调节，得到输出信号ucon，所述带阻滤波器对公共耦合点电压进行滤波，得到输出信号upcc-f；所述正弦脉宽调制模块对信号ucon和信号upcc-f叠加后的信号进行脉宽调制生成驱动逆变桥中功率开关管的驱动信号，并将该驱动信号传送至逆变桥；所述逆变桥将逆变桥直流侧输入的直流电压逆变为高频交流电压；该高频交流电压与公共耦合点电压共同传送至LCL滤波器；所述LCL滤波器对逆变桥输出的高频交流电压进行滤波，并产生进网电流。
如图1所示，本实施例提供一种弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿方法，具体方法为：
步骤1：对基准电流和进网电流的差值进行闭环调节；得到调节后的信号ucon；采集公共耦合点电压，并利用滤波算法对公共耦合点电压进行滤波，得到信号upcc-f；
步骤2：将信号ucon和信号upcc-f叠加得到信号um；并对信号um进行脉宽调制从而生成驱动信号；
步骤3：逆变桥根据驱动信号将逆变桥直流侧输入的直流电逆变为高频交流电uinv；对uinv进行滤波，从而得到流入电网的进网电流。
如图3所示，本实施例的带阻滤波器的表达式为：
其中，ωc是带阻滤波器中心频率，A是带阻滤波器的增益，B是带阻滤波器中心频率附近的阻尼系数；所述带阻滤波器中心频率ωc位于LCL滤波器固有谐振频率附近；ωc＝1.0ω～1.25ω；所述ω为LCL滤波器固有谐振频率；且ωc大于并网逆变器的输出电流控制环路(图1)的截止频率；所述A小于1最好为[0.6 0.9]；s是拉普拉斯算子。
本实施例适用于单相以及三相LCL滤波并网逆变器
以下结合单相LCL滤波并网逆变器，给出具体的实例说明。
如图2所示逆变桥侧电感L1、滤波电容C和电感L2构成了LCL滤波器。本实施例中，电感L1为0.78mH，L2为0.45mH，滤波电容C为6.8μF，LCL滤波器固有谐振频率ω为3.614kHz，开关频率为15kHz，电网阻抗Zgrid包含容抗Cgrid和感抗Lgrid，即：
本实施例中，Cgrid＝6.8μF，Lgrid＝0.4mH。
如图4所示；其中Gc(s)为电流调节器，Gd(s)为数字控制延迟；由于非理想电网条件下，电网电压采样位置为PCC处，那么前馈补偿环节的输入电压upcc将包含理想的电网电压ug和流经电网阻抗Zgrid上的压降ig·Zgrid，即：
upcc＝ig·Zgrid+ug (3)
那么，在不同性质的电网阻抗作用下，电网电压前馈补偿会引入额外的进网电流正反馈通路，改变并网逆变器和非理想电网级联系统的稳定性。
因此常规的电网电压前馈补偿的并网逆变器的输出阻抗为：
其中，Gf(S)＝kf为电网电压比例前馈；kc电容电流有源阻尼系数。
本实施例采用带阻前馈补偿，将带阻滤波器的中心频率ωc设计为1.25ω，增益设为0.8，阻尼系数设为0.5；所述带阻滤波器的表达式如下所示：
带阻滤波器可以通过突斯汀—预畸变的离散化实现，如下所示：
将公式5代入公式4中得到本实施例的并网逆变器的输出阻抗；
本实施例中，电流调节器Gc(s)采用比例积分调节kp+ki/s＝9+15000/s；数字控制延迟Gd(s)为一拍延迟e-Ts·s。
图6给出了传统的电网电压比例前馈下(kf＝1)并网逆变器的输出阻抗Zo(s)以及电网阻抗Zgrid(s)的伯德图。可以发现，在控制带宽以内存在容性的有源区域，在LCL滤波器谐振频率附近存在感性的有源区域。根据级联系统阻抗稳定性判断可知，在阻抗幅频曲线交截频率4.5kHz附近的相角差大于180°，因此传统的电网电压比例前馈无法保证并网逆变器的稳定运行。
图7给出了采用本实施例时并网逆变器的输出阻抗Zo(s)以及电网阻抗Zgrid(s)的伯德图；可以发现，输出阻抗Zo(s)在控制带宽以内的相角在-90°以上，且在LCL滤波器谐振频率附近的相角小于90°。因此，输出阻抗在宽频率范围内呈现无源特性，输出阻抗Zo(s)同电网阻抗Zgrid(s)幅频曲线交截频率处仍然具有一定的相角裕度。根据级联系统稳定性可知，并网逆变器与电网的级联系统保持稳定。
根据图8可知，在复杂电网条件下，采用传统电网电压比例前馈时的并网逆变器，其系统不稳定，表现为在4.3kHz处的大量谐振电流，这与图6幅频交截频率吻合，表明传统的电网电压比例前馈方案无法适应复杂电网。其中，ig是进网电流，upcc是PCC电压，FFT-ig是进网电流的傅里叶分解。
根据图9可知，采用本实施例时并网逆变器系统稳定性较高，进网电流ig的傅里叶分解结果表明4.3kHz附近的谐波电流得到了有效地抑制。
综上，本发明的电网电压带阻滤波前馈补偿方法有效地提升了并网逆变器对复杂电网阻抗的适应能力，其带阻滤波器设计无需根据电网阻抗进行在线调整，离线的参数设计使得该发明易于工程实现。
对于LCL滤波以及其他更高阶的滤波器，电网电压前馈补偿所用的PCC电压信号以及前馈信号馈入控制回路位置并无差异，因此本发明方法可以广泛应用于不同滤波结构下的并网逆变器电流控制。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (7)

1.弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿系统，所述并网逆变器包括：逆变桥和LCL滤波器；其特征在于，所述带阻前馈补偿系统包括：电流调节器、带阻滤波器、正弦脉宽调制模块；所述电流调节器对基准电流与进网电流进行调节，得到输出信号ucon，所述带阻滤波器对公共耦合点电压进行滤波，得到输出信号upcc-f；所述正弦脉宽调制模块对信号ucon和信号upcc-f叠加后的信号进行脉宽调制生成驱动信号，并将该驱动信号传送至逆变桥；所述逆变桥根据驱动信号将逆变桥直流侧输入的直流电逆变为高频交流电；所述LCL滤波器滤除该高频交流电中的谐波成分，并产生进网电流。
2.根据权利要求1所述的弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿系统，其特征在于，所述并网逆变器为单相并网逆变器或三相并网逆变器。
3.弱电网下并网逆变器带阻前馈补偿方法，其特征在于，具体方法为：
步骤1：对基准电流和进网电流的差值进行闭环调节；得到调节后的信号ucon；采集公共耦合点电压，并利用滤波算法对公共耦合点电压进行滤波，得到信号upcc-f；
步骤2：将信号ucon和信号upcc-f叠加得到信号um；并对信号um进行脉宽调制从而生成驱动信号；
步骤3：逆变桥根据驱动信号将逆变桥直流侧输入的直流电逆变为高频交流电uinv；对uinv进行滤波，从而得到流入电网的进网电流。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3中采用LCL滤波器实现对高频交流电uinv的滤波。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的滤波算法采用带阻滤波算法，其表达式为：
其中，ωc是中心频率，A是增益，B是中心频率附近的阻尼系数；s是拉普拉斯算子。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述中心频率ωc＝1.0ω～1.25ω；所述ω为LCL滤波器固有谐振频率；所述增益A小于1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用突斯汀-预畸变的离散化实现带阻滤波算法。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111313668A (zh) * 2020-03-27 2020-06-19 华北电力大学 一种附加带阻滤波器的模块化多电平换流器的高次谐波抑制方法
CN112928775A (zh) * 2021-03-05 2021-06-08 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司 一种电网电压前馈补偿控制电路
CN113794237A (zh) * 2021-10-20 2021-12-14 阳光电源股份有限公司 一种并网逆变器及其运行模式控制方法
CN115940153A (zh) * 2023-03-10 2023-04-07 四川大学 一种有源滤波器的自适应容量调节方法
CN116526481A (zh) * 2022-09-21 2023-08-01 华中科技大学 一种并网逆变器和并网逆变器中数字滤波器的参数确定方法
CN118473246A (zh) * 2024-04-01 2024-08-09 浙江大学 弱电网动态模拟器及其控制方法
CN116526481B (zh) * 2022-09-21 2024-10-29 华中科技大学 一种并网逆变器和并网逆变器中数字滤波器的参数确定方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106300354A (zh) * 2016-09-21 2017-01-04 南京航空航天大学 一种并网变流器自适应电网电压前馈补偿方法
CN108448615A (zh) * 2018-04-02 2018-08-24 湖南大学 新能源多机接入弱电网的两带阻滤波器高频振荡抑制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106300354A (zh) * 2016-09-21 2017-01-04 南京航空航天大学 一种并网变流器自适应电网电压前馈补偿方法
CN108448615A (zh) * 2018-04-02 2018-08-24 湖南大学 新能源多机接入弱电网的两带阻滤波器高频振荡抑制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王庆红等: "弱电网下并网变流器的带阻前馈控制策略研究", 《电气传动》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111313668A (zh) * 2020-03-27 2020-06-19 华北电力大学 一种附加带阻滤波器的模块化多电平换流器的高次谐波抑制方法
CN111313668B (zh) * 2020-03-27 2022-09-06 华北电力大学 一种附加带阻滤波器的模块化多电平换流器的高次谐波抑制方法
CN112928775A (zh) * 2021-03-05 2021-06-08 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司 一种电网电压前馈补偿控制电路
CN113794237A (zh) * 2021-10-20 2021-12-14 阳光电源股份有限公司 一种并网逆变器及其运行模式控制方法
CN116526481A (zh) * 2022-09-21 2023-08-01 华中科技大学 一种并网逆变器和并网逆变器中数字滤波器的参数确定方法
CN116526481B (zh) * 2022-09-21 2024-10-29 华中科技大学 一种并网逆变器和并网逆变器中数字滤波器的参数确定方法
CN115940153A (zh) * 2023-03-10 2023-04-07 四川大学 一种有源滤波器的自适应容量调节方法
CN115940153B (zh) * 2023-03-10 2023-05-16 四川大学 一种有源滤波器的自适应容量调节方法
CN118473246A (zh) * 2024-04-01 2024-08-09 浙江大学 弱电网动态模拟器及其控制方法
CN118473246B (zh) * 2024-04-01 2024-09-17 浙江大学 弱电网动态模拟器及其控制方法

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