CN112398319B - 一种抑制电网谐波电压引起的逆变器电流谐波的前馈策略 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子领域，公开了一种抑制电网谐波电压引起的逆变器电流谐波的前馈策略，建立带电网电压前馈控制的并网逆变器系统等效模型，根据系统模型得到其网侧电流和电网电压之间的函数关系式，利用网侧电流和电网电压之间的函数关系式建立系统电网电压全前馈模块，实现电网电压影响的消除，在不降低前馈控制结构对电网谐波抑制效果的情况下，采用Padé近似理论对电网电压全前馈模块进行优化，比较分析电网电压全前馈模块不同Padé近似式对电压谐波的抑制性能，得到最优的前馈控制模块。该前馈策略采用Padé近似改进电网电压前馈控制，对电网背景谐波电压具有很好的抑制作用，且简化了系统的控制结构，提高了控制系统的可实现性和实用性。

Description

一种抑制电网谐波电压引起的逆变器电流谐波的前馈策略
技术领域
本发明涉及一种抑制电网谐波电压引起的逆变器电流谐波的前馈策略，属于电力电子领域。
背景技术
因为传统能源的日渐稀缺，新能源技术逐渐走入大家的视野，得到了广泛的开发和应用，而光伏发电是其中应用较为广泛的一种，作为光伏发电单元和电网之间的能量转换接口，并网逆变器的性能提升问题得到了很多关注。
并网逆变器中，电网侧接入的电力设备以及电网会使得公共耦合点处产生电网背景谐波电压，从而引起逆变器谐波电流，这部分低频谐波不同于调制产生的高频谐波，难以通过并网逆变器中常用的LCL型滤波器滤除，若要满足滤除低频谐波的要求，滤波器则会变得笨重且昂贵。为此，考虑到效益和并网逆变器的电能输出质量，对网侧电压谐波的抑制策略需要进一步研究。
目前，关于电网背景谐波电压引起的低频谐波电流抑制策略，主要分为两种：一种是多比例谐振控制器，一种是电网电压前馈控制消除。但是，网侧谐波电压含有多次谐波，有限的比例谐振控制器难以将它们完全消除，而电网电压前馈控制中，电网阻抗的波动会影响前馈控制的抑制能力，对此，提出了各种对电网电压前馈控制策略的改善，譬如全前馈策略等等，然而，这些改善使得系统的结构也变得更为复杂，以及电网电压前馈控制对谐波的抑制作用也没有得到明显提高。
发明内容
针对上述问题，本发明的实施方式提供了一种抑制电网谐波电压引起的逆变器电流谐波的前馈策略，对电网背景谐波电压引起的低频谐波电流，关于既保持其谐波抑制效果又不提高系统结构复杂度的问题，选用Padé近似改进过的电网电压前馈控制策略，简化了系统的控制结构并保持了对电网背景谐波电压的抑制效果。
完成上述发明通过以下技术方案实现：一种抑制电网谐波电压引起的逆变器电流谐波的前馈策略，包括步骤如下：
(1)，建立带电网电压前馈控制的并网逆变器系统等效模型；
(2)，根据并网逆变器的等效模型，网侧电流和电网电压的关系式为
Figure BDA0002818594850000021
其中
Figure BDA0002818594850000022
(3)，用网侧电流和电网电压之间的函数关系式建立系统电网电压全前馈模块Gf(s)，实现电网电压影响的消除。
Yf(s)的传递函数分别为
Figure BDA0002818594850000023
其中
Figure BDA0002818594850000024
Yeqf(s)＝0时，电网电压对系统的影响可以消除，
Gf(s)可以表示为
Figure BDA0002818594850000025
为使指数型的时滞表达式Gd(s)化为一个有理的s域传递函数，选用二阶Padé近似表示Gd(s)，
Figure BDA0002818594850000026
所以
Figure BDA0002818594850000027
Gf(s)的传递函数略复杂，且包含超前环节，需进一步优化；
(4)，在不降低前馈控制结构对电网谐波抑制效果的情况下，采用Padé近似理论对电网电压全前馈模块Gf(s)进行优化，
当Padé近似式Gfp(s)的分子、分母的阶数分别为l阶和m阶时，
Figure BDA0002818594850000031
根据Gf(s)的i阶Tailor展开式，
Figure BDA0002818594850000032
其中
Figure BDA0002818594850000033
替换求出系数pj(j＝0,1,L,l)和qz(z＝1,L,m)，得到对应的Gf(s)传递函数；(5)，比较分析电网电压全前馈模块Gf(s)不同Padé近似式对电压谐波的抑制性能，得到最优的前馈控制模块,将Gf(s)不同Padé近似式代换进Yl,m(s)中，比较分析各种情况的伯德图，找出电压谐波抑制性能最好的情况，得到最优的前馈控制模型。
本发明与现有技术相比，本发明采用Padé近似改进电网电压前馈控制，对电网背景谐波电压具有很好的抑制作用，且简化了系统的控制结构，提高了控制系统的可实现性和实用性。
附图说明
图1为并网逆变器总体结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种抑制电网谐波电压引起的逆变器电流谐波的前馈策略，包括步骤如下：
(1)、建立带电网电压前馈控制的并网逆变器系统等效模型；
(2)、根据系统模型得到其网侧电流和电网电压之间的函数关系式，根据并网逆变器的等效模型，网侧电流和电网电压的关系式为
Figure BDA0002818594850000041
其中
Figure BDA0002818594850000042
(3)、利用网侧电流和电网电压之间的函数关系式建立系统电网电压全前馈模块Gf(s)，实现电网电压影响的消除，
Yf(s)的传递函数分别为
Figure BDA0002818594850000043
其中，
Figure BDA0002818594850000044
当Yeqf(s)＝0时，电网电压对系统的影响可以消除，
因此，Gf(s)可以表示为
Figure BDA0002818594850000045
为使指数型的时滞表达式Gd(s)化为一个有理的s域传递函数，选用二阶Padé近似表示Gd(s)，
Figure BDA0002818594850000046
所以，
Figure BDA0002818594850000047
Gf(s)的传递函数略复杂，且包含超前环节，需进一步优化；
(4)、在不降低前馈控制结构对电网谐波抑制效果的情况下，采用Padé近似理论对电网电压全前馈模块Gf(s)进行优化，
当Padé近似式Gfp(s)的分子、分母的阶数分别为l阶和m阶时，
Figure BDA0002818594850000051
根据Gf(s)的i阶Tailor展开式，
Figure BDA0002818594850000052
其中
Figure BDA0002818594850000053
替换求出系数pj(j＝0,1,L,l)和qz(z＝1,L,m)，得到对应的Gf(s)传递函数；
(5)、比较分析电网电压全前馈模块Gf(s)不同Padé近似式对电压谐波的抑制性能，得到最优的前馈控制模块。
将Gf(s)不同Padé近似式代换进Yl,m(s)中，比较分析各种情况的伯德图，找出电压谐波抑制性能最好的情况，得到最优的前馈控制模型。
以上实施方案仅为本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种抑制电网谐波电压引起的逆变器电流谐波的前馈策略，其特征在于：建立带电网电压前馈控制的并网逆变器系统等效模型，根据系统模型得到其网侧电流和电网电压之间的函数关系式，利用网侧电流和电网电压之间的函数关系式建立系统电网电压全前馈模块，在不降低前馈控制结构对电网谐波抑制效果的情况下，采用Padé近似理论对电网电压全前馈模块进行优化，比较分析电网电压全前馈模块不同Padé近似式对电压谐波的抑制性能，得到最优的前馈控制模块，根据并网逆变器的等效模型，网侧电流和电网电压的关系式为
Figure FDA0003232918250000011
其中
Figure FDA0003232918250000012
用网侧电流和电网电压之间的函数关系式建立系统电网电压全前馈模块Gf(s)，Yf(s)的传递函数分别为
Figure FDA0003232918250000013
Yeqf(s)＝0时，电网电压对系统的影响可以消除，Gf(s)可以表示为
Figure FDA0003232918250000014
为使指数型的时滞表达式Gd(s)化为一个有理的s域传递函数，选用二阶Padé近似表示Gd(s)，
Figure FDA0003232918250000015
所以
Figure FDA0003232918250000016
Gf(s)的传递函数略复杂，且包含超前环节，需进一步优化，
在不降低前馈控制结构对电网谐波抑制效果的情况下，采用Padé近似理论对电网电压全前馈模块Gf(s)进行优化，
当Padé近似式的分子、分母的阶数分别为l阶和m阶时，
Figure FDA0003232918250000021
根据Gf(s)的i阶Tailor展开式，
Figure FDA0003232918250000022
其中
Figure FDA0003232918250000023
替换求出系数pj(j＝0,1,…,l)和qz(z＝1,…,m)，得到对应的Gf(s)传递函数。
2.根据权利要求1所述的一种抑制电网谐波电压引起的逆变器电流谐波的前馈策略，其特征在于：比较分析电网电压全前馈模块Gf(s)不同Padé近似式对电压谐波的抑制性能，得到最优的前馈控制模块,将Gf(s)不同Padé近似式代换进Yf(s)中，比较分析各种情况的伯德图，找出电压谐波抑制性能最好的情况，得到最优的前馈控制模型。
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