CN112994497B - 一种反馈有源阻尼的控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种反馈有源阻尼的控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及并网逆变器控制技术领域，公开了一种反馈有源阻尼的控制系统及其控制方法，所述控制系统包括LCL型并网逆变器主控制回路和微分反馈网侧电感电压实现有源阻尼电路支路；所述微分反馈网侧电感电压实现有源阻尼电路包括：第一比例调节器、第二比例调节器、延迟模块、减法器和阻尼支路反馈系数调节器，测量得到的网侧电感及其寄生电阻的电压信号，经过第一比例调节器、第二比例调节器、延迟模块、减法器的作用后，再经由阻尼支路反馈系数调节器的输出端反馈到主控回路中；所述控制方法在有效抑制LCL滤波器谐振的基础上，不仅能解决常规微分方法降低LCL滤波器低频增益的问题，还能够有效地抑制电网背景谐波对进网电流的影响。

Description

一种反馈有源阻尼的控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及并网逆变器控制技术领域，具体的是一种反馈有源阻尼的控制系统及其控制方法。
背景技术
在实现相同滤波效果的前提下，LCL滤波器相比单L滤波器具有体积小、成本低的优势，但易发生谐振导致并网系统失稳。抑制LCL滤波器谐振常见方法可分为无源阻尼和有源阻尼两类，其中无源阻尼实现简单且不受开关频率限制，但增加了系统损耗。
通过反馈LCL滤波器状态量实现有源阻尼，具有实现简单、控制灵活、鲁棒性强的优点。已有方法中，滤波电容电流比例反馈有源阻尼因算法简单得到了广泛应用，但是由于电容电流脉动大，实际应用中存在难以精确采样的缺点。理论推导可知对网侧电感电压反馈能够取得相同的阻尼效果，并且对电网背景谐波具有较好的抑制作用。实际应用中为了方便检测以及在一些应用场合节省传感器个数，通常测量滤波电容以及电网的电压，间接获得网侧电感电压，但是检测到的电压中包含寄生电阻电压并且难以分离。如果对测得的电压直接采用常规微分实现方法进行反馈，会导致反馈后的微分电压幅值偏大，虽然也能够抑制谐振尖峰，但会降低LCL滤波器的低频增益，因此网侧电感电压反馈有源阻尼方法未能被广泛的应用。
但是考虑到网侧电感电压反馈有源阻尼，能够抑制电网背景谐波，以及相比其它有源阻尼方法在一些应用场合能节省高精度传感器个数。因此，如果能够找到一种可以消除寄生电阻影响的微分环节实现方法，不仅能够节省系统成本，也能够提升进网电流质量，将具有重要的实用价值。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种反馈有源阻尼的控制系统及其控制方法，所述控制系统包括LCL型并网逆变器主控制回路和微分反馈网侧电感电压实现有源阻尼电路支路；所述微分反馈网侧电感电压实现有源阻尼电路包括：第一比例调节器、第二比例调节器、延迟模块、减法器和阻尼支路反馈系数调节器，第一比例调节器、第二比例调节器输入端接入测量得到的网侧电感及其寄生电阻的电压信号，第一比例调节器的输出端连接减法器的输入端，第二比例调节器的输出端连接延迟模块的输入端，延迟模块的输出端连接减法器的输入端，减法器的输出端连接阻尼支路反馈系数调节器的输入端，阻尼支路反馈系数调节器的输出端连接到主控回路中，所述控制方法在有效抑制LCL滤波器谐振的基础上，不仅能解决常规微分方法降低LCL滤波器低频增益的问题，还能够有效地抑制电网背景谐波对进网电流的影响。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种反馈有源阻尼的控制系统，所述控制系统包括LCL型并网逆变器主控制回路和电路支路；
所述电路支路包括：第一比例调节器、第二比例调节器、延迟模块、减法器和阻尼支路反馈系数调节器。
进一步的，所述网侧电感及其寄生电阻的电压经过测量后，分别与第一比例调节器与第二比例调节器的输入端相连。
进一步的，所述滤波电容电压经过测量后，分别与第一比例调节器与第二比例调节器的输入端相连。
进一步的，所述延迟模块的输入端连接第二比例调节器的输出端，所述延迟模块的输出端连接减法器的输入端。
进一步的，所述减法器的输入端分别与第一比例调节器输出端、延迟模块输出端连接，所述减法器的输出端与阻尼支路反馈系数调节器的输入端连接。
进一步的，所述阻尼支路反馈系数调节器的输出负反馈到LCL型并网逆变器主控制回路。
一种网侧电感电压反馈有源阻尼的控制方法，所述方法为如下步骤：
S1、测量滤波电容电压和网侧电感电压；
S2、将测量后网侧电感电压分别经过第一比例调节器和第二比例调节器进行比例调整；
S3、网侧电感电压第二比例调节器作用后，再经过延迟模块进行延迟；
S4、网侧电感电压经过第一比例调节器作用后，再经过减法器进行减法运算；
S5、网侧电感电压经过延迟模块进行延迟，再经过减法器进行减法运算；
S6、网侧电感电压经过减法运算后，再经过阻尼支路反馈系数调节器进行调制；
S7、网侧电感电压经过调制后，反馈到LCL型并网逆变器主控制回路中。
本发明的有益效果：
相对于现有技术，本发明在有效抑制LCL滤波器谐振的基础上，充分考虑寄生电阻的影响，依据电感电压、电阻电压及其对应微分量之间的矢量关系，设计第一比例调节器与第二比例调节器参数，可解决常规微分实现方法降低LCL滤波器低频增益的问题；第一比例调节器、第二比例调节器、延迟模块在参数设计时充分考虑了实际系统数字控制延迟的影响，并采取有效方法解决；依据最佳阻尼比设计阻尼支路反馈系数，确保系统实现最优控制；能够有效抑制电网背景谐波对进网电流的影响。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明整体系统的控制框图；
图2为LCL型并网逆变器功率电路以及控制回路连接示意图；
图3常规方法实现微分环节反馈网侧电感及其寄生电阻电压有源阻尼降低LCL滤波器性能示意图；
图4为系统取得最佳阻尼比实现最优控制示意图；
图5为本发明阻尼效果示意图；
图6为本发明对电网背景谐波抑制效果示意图；
图7为本发明抑制LCL滤波器谐振效果进网电流波形图；
图8为电网含有丰富背景谐波时，常规滤波电容电流比例反馈时进网电流波形图；
图9为电网含有丰富背景谐波时，采用本发明实现有源阻尼时进网电流波形图。
图10为本发明应用在滤波电容电压微分有源阻尼上整体系统的控制框图；
图11为本发明应用在滤波电容电压微分有源阻尼上系统取得最佳阻尼比实现最优控制示意图；
图12为本发明应用在滤波电容电压微分反馈有源阻尼抑制LCL滤波器谐振效果进网电流波形图；
图13为电网含有丰富背景谐波时，常规微分反馈滤波电容电压时进网电流波形图；
图14为电网含有丰富背景谐波时，采用本发明应用在滤波电容电压微分反馈实现有源阻尼时进网电流波形图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-图9所示，一种反馈有源阻尼的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括LCL型并网逆变器主控制回路和电路支路；
所述电路支路包括：第一比例调节器、第二比例调节器、延迟模块、减法器和阻尼支路反馈系数调节器。
所述网侧电感及其寄生电阻的电压经过测量后，分别与第一比例调节器与第二比例调节器的输入端相连。
所述延迟模块的输入端连接第二比例调节器的输出端，所述延迟模块的输出端连接减法器的输入端。
所述减法器的输入端分别与第一比例调节器输出端、延迟模块输出端连接，所述减法器的输出端与阻尼支路反馈系数调节器的输入端连接。
所述阻尼支路反馈系数调节器的输出负反馈到LCL型并网逆变器主控制回路。
根据电感电压、寄生电阻电压及其微分量矢量关系，并考虑数字控制延迟，设计第一比例调节器参数K1、第二比例调节参数K2和延迟模块参数e-Δt，确保仅微分反馈电感电压，同时设计阻尼支路反馈参数，确保系统在有效地抑制谐振同时，取得最优阻尼比。
一种网侧电感电压反馈有源阻尼的控制方法，所述方法为如下步骤：
S1、测量网侧电感电压；
S2、将测量后网侧电感电压分别经过第一比例调节器和第二比例调节器进行比例调整；
S3、网侧电感电压第二比例调节器作用后，再经过延迟模块进行延迟；
S4、网侧电感电压经过第一比例调节器作用后，再经过减法器进行减法运算；
S5、网侧电感电压经过延迟模块进行延迟，再经过减法器进行减法运算；
S6、网侧电感电压经过减法运算后，再经过阻尼支路反馈系数调节器进行调制；
S7、网侧电感电压经过调制后，反馈到LCL型并网逆变器主控制回路中。
从本发明阻尼效果示意图可以看出，本发明能够很好地抑制LCL谐振尖峰，且不影响LCL滤波器的低频、高频特性。从本发明对电网背景谐波抑制效果示意图，可以看出，含有本发明的系统，在较大频带内，对电网高次谐波的增益明显降低，说明本发明对电网背景谐波具有较好的抑制作用。从本发明抑制LCL滤波器谐振效果进网电流波形图，可以看出，本发明投切后，电流谐振被迅速抑制。从本发明为电网含有丰富背景谐波时，常规滤波电容电流比例反馈时进网电流波形和采用本发明实现有源阻尼时进网电流波形，可以看出，采用本发明时，对应的进网电流质量明显更优，说明本发明对电网背景谐波具有较好的抑制能力。
实施例2
如图1和图10-14所示，一种反馈有源阻尼的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括LCL型并网逆变器主控制回路和电路支路；
所述电路支路包括：第一比例调节器、第二比例调节器、延迟模块、减法器和阻尼支路反馈系数调节器。
所述滤波电容电压经过测量后，分别与第一比例调节器与第二比例调节器的输入端相连。
所述延迟模块的输入端连接第二比例调节器的输出端，所述延迟模块的输出端连接减法器的输入端。
所述减法器的输入端分别与第一比例调节器输出端、延迟模块输出端连接，所述减法器的输出端与阻尼支路反馈系数调节器的输入端连接。
所述阻尼支路反馈系数调节器的输出负反馈到LCL型并网逆变器主控制回路。
根据电感电压、寄生电阻电压及其微分量矢量关系，并考虑数字控制延迟，设计第一比例调节器参数K1、第二比例调节参数K2和延迟模块参数e-Δt，确保仅微分反馈电感电压，同时设计阻尼支路反馈参数，确保系统在有效地抑制谐振同时，取得最优阻尼比。
本发明应用于滤波电容电压微分反馈，所述方法为如下步骤：
S1、测量滤波电容电压；
S2、将测量滤波电容电压分别经过第一比例调节器和第二比例调节器进行比例调整；
S3、滤波电容电压经过第二比例调节器作用后，再经过延迟模块进行延迟；
S4、滤波电容电压经过第一比例调节器作用后，再经过减法器进行减法运算；
S5、滤波电容电压经过延迟模块进行延迟，再经过减法器进行减法运算；
S6、滤波电容电压经过减法运算后，再经过阻尼支路反馈系数调节器进行调制；
S7、滤波电容电压经过调制后，反馈到LCL型并网逆变器主控制回路中。
从阻尼效果示意图可以看出，本发明微分反馈滤波电容电压能够很好地抑制LCL谐振尖峰，且不影响LCL滤波器的低频、高频特性。从本发明抑制LCL滤波器谐振效果进网电流波形图，可以看出，本发明反馈滤波电容电压投切后，电流谐振同样被迅速抑制。从电网含有丰富背景谐波时常规微分反馈滤波电容电压时进网电流波形和采用本发明反馈滤波电容电压时进网电流波形，可以看出，采用本发明反馈滤波电容电压时，对应的进网电流质量明显更优，说明本发明应用在滤波电容电压微分反馈有源阻尼上，同样对电网背景谐波具有抑制作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种反馈有源阻尼的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括LCL型并网逆变器主控制回路和电路支路；
所述电路支路包括：第一比例调节器、第二比例调节器、延迟模块、减法器和阻尼支路反馈系数调节器；
所述反馈有源阻尼的控制方法，所述方法为如下步骤：
S1、测量滤波电容电压和网侧电感电压；
S2、将测量后的滤波电容电压或网侧电感电压分别经过第一比例调节器和第二比例调节器进行比例调整；
S3、滤波电容电压或网侧电感电压经过第二比例调节器作用后，再经过延迟模块进行延迟；
S4、滤波电容电压或网侧电感电压经过第一比例调节器作用后，再经过减法器进行减法运算；
S5、滤波电容电压或网侧电感电压经过延迟模块进行延迟，再经过减法器进行减法运算；
S6、滤波电容电压或网侧电感电压经过减法运算后，再经过阻尼支路反馈系数调节器进行调制；
S7、滤波电容电压或网侧电感电压经过调制后，反馈到LCL型并网逆变器主控制回路中。
2.根据权利要求1所述的一种反馈有源阻尼的控制系统，包括网侧电感及其寄生电阻，其特征在于，所述网侧电感及其寄生电阻的电压经过测量后，分别与第一比例调节器与第二比例调节器的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种反馈有源阻尼的控制系统，包括滤波电容，其特征在于，所述滤波电容电压经过测量后，分别与第一比例调节器与第二比例调节器的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的一种反馈有源阻尼的控制系统，其特征在于，所述延迟模块的输入端连接第二比例调节器的输出端，所述延迟模块的输出端连接减法器的输入端。
5.根据权利要求1所述的一种反馈有源阻尼的控制系统，其特征在于，所述减法器的输入端分别与第一比例调节器输出端、延迟模块输出端连接，所述减法器的输出端与阻尼支路反馈系数调节器的输入端连接。
6.根据权利要求1所述的一种反馈有源阻尼的控制系统，其特征在于，所述阻尼支路反馈系数调节器的输出负反馈到LCL型并网逆变器主控制回路。
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