CN113285625A - 基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法 - Google Patents

基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113285625A
CN113285625A CN202110625062.1A CN202110625062A CN113285625A CN 113285625 A CN113285625 A CN 113285625A CN 202110625062 A CN202110625062 A CN 202110625062A CN 113285625 A CN113285625 A CN 113285625A
Authority
CN
China
Prior art keywords
active damping
current
grid
inverter
photovoltaic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110625062.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113285625B (zh
Inventor
李圣清
谷欣鹏
李小宝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University of Technology
Original Assignee
Hunan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University of Technology filed Critical Hunan University of Technology
Priority to CN202110625062.1A priority Critical patent/CN113285625B/zh
Publication of CN113285625A publication Critical patent/CN113285625A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113285625B publication Critical patent/CN113285625B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，包括：通过基于PI控制器下电容电流内环，电网电流外环的双闭环控制，形成光伏并网系统；在所述光伏并网系统中加入改进型有源阻尼控制系统进行前馈补偿，抑制光伏逆变器集群谐振。本发明在有源阻尼法的基础上，提出了一种改进型有源阻尼谐振抑制法，在滤波器和电容电流反馈之间增加一个改进型并联前馈补偿阻尼器，通过在控制系统参考电压点上形成有源阻尼回路，其结构提高了逆变器系统控制带宽和有效谐波补偿范围，对光伏并网逆变器系统谐振能够有效抑制，使光伏并网系统运行更稳定。

Description

基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法
技术领域
本发明属于光伏逆变器集群谐振抑制技术领域，涉及一种基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法。
背景技术
为了减少光伏并网逆变器集群谐振，系统大多采用LCL滤波器，和网侧阻抗形成高阶电网络系统，存在系统固有谐振尖峰，称其为自身谐振；当逆变器集群接入电网后，多逆变器并联还会导致系统发生并联谐振。
2008年第27期的《中国电机工程学报》中《一种用于配电系统谐振抑制及谐波治理的新型PAPF控制方法.》一文中提出了一种有源滤波器并联的控制方式，在谐波补偿的同时再对系统谐振进行抑制。2015年第35期的《中国电机工程学报》中《光伏并网逆变器集群的谐振原因及其抑制方法》一文中提出有源电导法抑制逆变器低次谐波电流，并对系统谐振进行抑制。2018年第42期的《电网技术》中《光伏集群逆变器的谐振机理及抑制技术研究》一文中提出在PCC点处加入RC阻尼器，对光伏多逆变器系统谐振尖峰进行了抑制。
上述前两个方法都是只对单逆变器光伏系统进行验证，没有研究多逆变器下并网产生的谐振。第三个方法增加了经济运行成本，很可能会造成系统更大的损耗。
因此，针对逆变器集群并网谐振问题，目前国内外还对其抑制有效性进行探索。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种至少部分解决上述技术问题的基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法。
本发明实施例提供基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，包括：
通过基于PI控制器下电容电流内环，电网电流外环的双闭环控制，形成光伏并网系统；
在所述光伏并网系统中加入改进型有源阻尼控制系统进行前馈补偿，抑制光伏逆变器集群谐振。
进一步的，在所述光伏并网系统中加入改进型有源阻尼控制系统进行前馈补偿，抑制光伏逆变器集群谐振，包括：
在所述光伏并网系统中加入改进型有源阻尼控制系统；
根据前馈补偿传递函数，得到所述改进型有源阻尼控制系统的控制器传递函数；
根据单逆变器侧输出电压Ui(s)到电网侧电感电流i2_1(s)的传递函数和单逆变器侧输出电压Ui(s)到LCL滤波器电容电流iC1(s)的传递函数，计算出所述电网侧电感电流i2_1(s)和所述LCL滤波器电容电流iC1(s)；
将所述LCL滤波器电容电流iC1(s)作为阻尼电容电流iC1(s)进行前馈补偿，抑制光伏逆变器集群谐振。
进一步的，所述前馈补偿传递函数为前馈补偿器K(s)采用一阶高通滤波器复频域下K(s)的传递函数：
Figure BDA0003101859550000021
其中公式(1)中，krc为所述高通滤波器的增益，ωrc为所述高通滤波器的截止频率。
进一步的，所述改进型有源阻尼控制系统电流控制回路中，所述改进型有源阻尼控制系统采用比例谐振控制器PR，所述控制器传递函数为控制器PR的传递函数GPR(s)为：
Figure BDA0003101859550000031
其中公式(2)中，ωl、Kp和Kr分别是所述控制器PR的谐振频率、比例增益和谐振增益；
对所述控制器PR进行改进，改进形式为控制器Q-PR，其中基频的变化由谐振频率ωPR的带宽补偿，所述控制器Q-PR的传递函数GQ-PR(s)为公式为：
Figure BDA0003101859550000032
其中公式(3)中，ωPR为所述控制器PR的谐振频率。
进一步的，所述单逆变器侧输出电压Ui(s)到电网侧电感电流i2_1(s)的传递函数，公式表达为：
Figure BDA0003101859550000033
其中公式(4)中，L1_1、L2_1为逆变器交流侧的电感和并网交流侧电感，C1是滤波电容。
进一步的，所述单逆变器侧输出电压Ui(s)到LCL滤波器电容电流iC1(s)的传递函数GiC(s)为：
Figure BDA0003101859550000034
其中公式(5)中的iC1为滤波电感的电流。
电网侧电感电流i2_1等于电压Ug注入电流和参考电流i*2_1之和，计算出所述电网侧电感电流i2_1(s)为：
Figure BDA0003101859550000041
公式(6)中，
Figure BDA0003101859550000042
Figure BDA0003101859550000043
Q(s)＝C1(s)·F(s) (9)
所述LCL滤波器电容电流iC1(s)为：
Figure BDA0003101859550000044
其中，KPWM为逆变桥传递增益系数。
本发明提供了基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，在有源阻尼法的基础上，提出了一种改进型有源阻尼谐振抑制法，在滤波器和电容电流反馈之间增加一个改进型并联前馈补偿阻尼器，通过在控制系统参考电压点上形成有源阻尼回路，其结构提高了逆变器系统控制带宽和有效谐波补偿范围，对光伏并网逆变器系统谐振能够有效抑制，使光伏并网系统运行更稳定。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明提供的光伏集群逆变器系统拓扑结构；
图2(a)为电容电流反馈控制框图；
图2(b)为前馈补偿有源阻尼回路控制框图；
图2(c)为改进型前馈补偿有源阻尼回路控制框图；
图3为改进型并联前馈补偿有源阻尼控制框图；
图4为改进型并联前馈补偿有源阻尼简化控制框图；
图5(a)为低截止频率下逆变器谐振频率波特图；
图5(b)为高截止频率下逆变器谐振频率波特图；
图6为改进型并联前馈补偿有源阻尼法在谐振频率下的响应特性图；
图7(a)为基于电容电流阻尼回路的电流和电压；
图7(b)为基于电容电流阻尼回路的总谐波分析；
图8(a)为基于传统并联前馈补偿阻尼回路的电流和电压；
图8(b)为基于传统并联前馈补偿阻尼回路的总谐波分析；
图9(a)为改进型并联前馈补偿阻尼回路的电流和电压；
图9(b)为改进型并联前馈补偿阻尼回路的总谐波分析；
图10(a)为增益krc＝10下并网逆变器电网电流；
图10(b)为增益krc＝15下并网逆变器电网电流；
图10(c)为增益krc＝27.3下并网逆变器电网电流。
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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“内接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，在有源阻尼法的基础上，提出了一种改进型有源阻尼谐振抑制法，在滤波器和电容电流反馈之间增加一个改进型并联前馈补偿阻尼器，通过在控制系统参考电压点上形成有源阻尼回路，其结构提高了逆变器系统控制带宽和有效谐波补偿范围，对光伏并网逆变器系统谐振能够有效抑制，使光伏并网系统运行更稳定。
本发明通过对光伏并网逆变器集群的拓扑结构进行分析，再对改进型有源阻尼环进行设计。通过在LCL滤波器和电容电流反馈之间增加一个改进型前馈补偿阻尼器，通过控制系统的参考电压点上形成了阻尼回路。在改进型有源阻尼的控制系统的下，对光伏并网逆变器集群系统的稳定性进行分析，其结构主要优点是该方法提高了系统的控制带宽和有效谐波补偿范围，从而抑制逆变器集群引起的谐振问题。
本发明实施例提供了基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，如图1所示，包括：
通过基于PI控制器下电容电流内环，电网电流外环的双闭环控制，形成光伏并网系统；在光伏并网系统中加入改进型有源阻尼控制系统进行前馈补偿，抑制光伏逆变器集群谐振。
前馈补偿器K(s)的传递函数可以有不同表达式，这里采用的是一阶高通滤波器，因为一阶高通滤波器提供了足够的振荡阻尼，并且对具有高瞬态响应的电网电感变化具有较强的稳定性。高通滤波器的表达式如下：
Figure BDA0003101859550000071
(1)中，krc为高通滤波器的增益，ωrc为高通滤波器的截止频率，其中，滤波器电容电流iC1与高通滤波器增益krc相乘，相当于图3-7(a)中滤波器电容串联电阻的效果，截止频率ωrc是用来补偿系统谐振频率周围的相位滞后。并联高通滤波器K(s)能够保证逆变器系统电网阻抗的运行安全裕度，但是同样会在较大范围内使增益频率发生变化，导致系统不稳定，就需要对高通滤波器增益krc和截止频率ωrc的选择标准进行选择。
在逆变器系统电流控制回路中，系统采用比例谐振控制器(PR)，其PR控制器对并网逆变器系统输入信号要求不高，对其系统进行稳态分析，可以有效的消除稳态误差。控制器传递函数为：
Figure BDA0003101859550000072
(2)式中ωl、Kp和Kr分别是谐振频率、比例增益和谐振增益，准PR(Q-PR)控制器是PR控制器的改进形式，它具有较好的谐波衰减能力，对谐振频率要求没有那么高。Q-PR控制器传递函数如上式所示，其中基频的变化由谐振频率ωPR的带宽补偿。
Figure BDA0003101859550000081
为了深入分析电网电感变化下系统的稳定性和动态响应，对系统控制回路进行参数调整，推导出逆变器侧输出电压Ui(s)到电网电感电流i2_1(s)和逆变器侧输出电压Ui(s)到LCL滤波器电容电流iC1(s)的两个传递函数，其推导传递函数分别如下：
Figure BDA0003101859550000082
Figure BDA0003101859550000083
在上述的基础上，控制系统使用线性化的“平均开关模型(ASM)”显示，在该模型中，逆变器开关通过使用每个载波间隔上的函数的平均值来表示。电网侧电感电流i2_1等于电压Ug注入电流和参考电流i*2_1之和，其表达公式如下：
Figure BDA0003101859550000084
为了避免公式(6)过长，将其中的部分算式进行简化，如公式(7)、(8)、(9)所示，
Figure BDA0003101859550000085
Figure BDA0003101859550000091
Q(s)＝C1(s)·F(s) (9)
在上述的基础上，给出的改进型并联前馈补偿有源阻尼ASM模型可以得到阻尼电容电流iC1(s)。
Figure BDA0003101859550000092
由公式(10)可知，适当的krc和ωrc值可以改善逆变器控制系统的有源阻尼特性。
下面结合具体技术背景对技术方案做进一步解释说明。
如图1所示，为光伏集群逆变器系统拓扑结构，电网侧电感电流L2_n被调整为正弦波形，并与电网电压Ug同相位。通过使用abc–αβ模块将LCL滤波器并网侧电流i2_n输入到静止参考系坐标系中，并与参考电流i*2_n进行比较，控制系统中采用比例谐振控制器(PR)用于调节误差信号，并为逆变器产生调制信号，Ui_abc*为逆变器侧的参考电压。
光伏逆变器集群每台控制结构和参数相同，因此对光伏逆变器集群进行单台逆变器分析，以其中一台能光伏逆变器为例，并对其控制系统进行设计。利用电容电流反馈方法设计有源阻尼环，其相当于控制系统电容电流反馈中串联一个电阻来抑制谐振问题。其控制策略框图如图2(a)所示。
电容电流反馈控制方法实现简单、电流质量好、阻尼效率高，但电网阻抗变化情况下控制带宽有限，因此需要对其控制结构进行改进。如图2(b)所示，在电容电流的基础上，在控制系统中构造一条并联阻尼回路，称为传统型前馈补偿有源阻尼法。此方法的输出端是参考点处的反馈，其反馈回路中的阻尼补偿器为非最小相位系统的线性补偿器，采用系统逆变器电压和LCL滤波器电容电流作为反馈量，并添加传递函数K(s)作为补偿器。改进型前馈补偿有源阻尼法如图2(c)所示，从稳定性的角度分析，改进型前馈补偿有源阻尼相比于传统型能使并网逆变器在高频率下的输出阻抗稳定性，进一步增强其谐振抑制能力。
图3并网逆变器系统改进型前馈补偿有源阻尼控制系统由外部电网电流环路和内部电容电流控制环路组成。
根据梅森公式推导，将上图所示的改进型前馈补偿有源阻尼法简化为图4所示。
通过研究带通滤波器的增益krc和截止频率ωrc对阻尼特性的影响，其增益和截止频率对逆变器系统谐振的影响如图5所示。
由图5可知，为了使低截止频率和高截止频率达到相同谐振幅值条件和相似的阻尼控制，对于较大的截止频率ωrc，阻尼增益krc就需要更高的值，因此在谐振频率周围会有较大的相位滞后。虽然控制系统中采用PR控制器能有所改善，但是在多谐振变换器中，较大的相位滞后会使系统在较大的截止频率下失稳。因此，截止频率ωrc的值在0.2ωs<ωrc<0.5ωs之间。
采用电容电流反馈有源阻尼方法、传统并联前馈补偿有源阻尼方法和提出的改并联进型前馈补偿有源阻尼方法在谐振频率下的响应特性如图5(a)和图5(b)所示。
从图6中可以看出，在每种情况下，由于谐振幅值增益非常接近，谐振峰都被有效地抑制，因此具有相似的稳定性。然而，由于所提出的改进型并联前馈补偿法具有较高的相位裕度，因此稳态误差非常低，低频谐波衰减能力较强。波特图曲线也显示了该方法具有更高的带宽，从而保证了该方法更快的动态响应。
下面结合仿真和具体实验来验证本发明提供的控制方法的正确性。
为了验证所提控制方法的正确性，采用matalab进行仿真。仿真参数为电网电压380V，直流电压800V，电网频率50Hz，开关频率10KHz，滤波器逆变器侧电感、滤波器电容、滤波器网侧电感和电网等效阻抗分别为3.6mH、4.6μF、1mH和1mH。
图7(a)为电容电流阻尼回路的电流和电压，图7(b)为电容电流阻尼回路的总谐波分析。以三相光伏逆变器系统A相进行分析，在控制系统中加入滤波器电容电流反馈后，逆变器系统谐振不能得到有效抑制，并网公共点UPCC和并网电流ig出现大量谐波分量，总谐波(THD)含量为24.78％。系统运行不稳定，达不到并网系统总谐波含量5％的标准。
图8(a)为传统并联前馈补偿阻尼回路的电流和电压，图8(b)为传统并联前馈补偿阻尼回路的总谐波分析。基于滤波器电容电流反馈的基础上，在控制系统中加入并联前馈补偿阻尼汇率后，逆变器系统谐振得到了一定的抑制效果，并网公共点UPCC和并网电流ig的谐波也得到了一定的改善，总谐波(THD)含量为下降至6.39％。但是任然达不到并网系统总谐波含量5％的标准，不符合入网条件。
图9(a)为改进型并联前馈补偿阻尼回路的电流和电压，图9(b)为改进型并联前馈补偿阻尼回路的总谐波分析。与滤波器电容电流反馈和传统型并联前馈补偿有源阻尼法相比，改进型并联前馈补偿有源阻尼法对光伏逆变器系统谐振起到了明显的抑制效果，并网公共点UPCC和并网电流ig处没有明显的谐波分量，总谐波(THD)含量为下降至3.28％，已经达到了并网系统总谐波含量5％的标准，符合入网条件。
图10(a)、图10(b)和图10(c)分别为不同高通滤波器增益下并网逆变器电网电流。在光伏逆变器系统并网运行中，高通滤波器不同的增益krc对并网电流ig会产生影响，krc越大系统运行更稳定，谐振抑制效果更明显。
从仿真结果可以看出在抑制光伏逆变器集群谐振问题上，加入改进型有源阻尼对其谐振有着良好的抑制，消除效果，使系统趋于稳定。
综上所述，本发明首先在αβ坐标系下建立了并网逆变器的数学模型，在滤波器和电容电流反馈之间增加一个改进型并联前馈补偿阻尼器，通过在控制系统参考电压点上形成有源阻尼回路，最后进行了实验和仿真验证，仿真和实验验证了相关理论分析和所提出控制策略的正确性和有效性。
本发明是基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，与现有技术相比较，具有显著地优点与积极效果：在有源阻尼法的基础上，提出了一种改进型有源阻尼谐振抑制法，在滤波器和电容电流反馈之间增加一个改进型并联前馈补偿阻尼器，通过在控制系统参考电压点上形成有源阻尼回路，其结构提高了逆变器系统控制带宽和有效谐波补偿范围，对光伏并网逆变器系统谐振能够有效抑制，使光伏并网系统运行更稳定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，其特征在于，包括：
通过基于PI控制器下电容电流内环，电网电流外环的双闭环控制，形成光伏并网系统；
在所述光伏并网系统中加入改进型有源阻尼控制系统进行前馈补偿，抑制光伏逆变器集群谐振。
2.根据权利要求1所述的基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，其特征在于，在所述光伏并网系统中加入改进型有源阻尼控制系统进行前馈补偿，抑制光伏逆变器集群谐振，包括：
在所述光伏并网系统中加入改进型有源阻尼控制系统；
根据前馈补偿传递函数，得到所述改进型有源阻尼控制系统的控制器传递函数；
根据单逆变器侧输出电压Ui(s)到电网侧电感电流i2_1(s)的传递函数和单逆变器侧输出电压Ui(s)到LCL滤波器电容电流iC1(s)的传递函数，计算出所述电网侧电感电流i2_1(s)和所述LCL滤波器电容电流iC1(s)；
将所述LCL滤波器电容电流iC1(s)作为阻尼电容电流iC1(s)进行前馈补偿，抑制光伏逆变器集群谐振。
3.根据权利要求2所述的基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，其特征在于：
所述前馈补偿传递函数为前馈补偿器K(s)采用一阶高通滤波器复频域下K(s)的传递函数：
Figure FDA0003101859540000011
其中公式(1)中，krc为所述高通滤波器的增益，
Figure FDA0003101859540000012
为所述高通滤波器的截止频率。
4.根据权利要求3所述的基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，其特征在于：
所述改进型有源阻尼控制系统电流控制回路中，所述改进型有源阻尼控制系统采用比例谐振控制器PR，所述控制器传递函数为控制器PR的传递函数GPR(s)为：
Figure FDA0003101859540000021
其中公式(2)中，
Figure FDA0003101859540000024
Kp和Kr分别是所述控制器PR的谐振频率、比例增益和谐振增益；
对所述控制器PR进行改进，改进形式为控制器Q-PR，其中基频的变化由谐振频率
Figure FDA0003101859540000025
的带宽补偿，所述控制器Q-PR的传递函数GQ-PR(s)为公式为：
Figure FDA0003101859540000022
其中公式(3)中，
Figure FDA0003101859540000026
为所述控制器PR的谐振频率。
5.根据权利要求2所述的基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，其特征在于：
所述单逆变器侧输出电压Ui(s)到电网侧电感电流i2_1(s)的传递函数，公式表达为：
Figure FDA0003101859540000023
其中公式(4)中，L1_1、L2_1为逆变器交流侧的电感和并网交流侧电感，C1是滤波电容。
6.根据权利要求2所述的基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，其特征在于：
所述单逆变器侧输出电压Ui(s)到LCL滤波器电容电流iC1(s)的传递函数GiC(s)为：
Figure FDA0003101859540000031
其中公式(5)中的iC1为滤波电感的电流；
电网侧电感电流i2_1等于电压Ug注入电流和参考电流i*2_1之和，计算出所述电网侧电感电流i2_1(s)为：
Figure FDA0003101859540000032
公式(6)中，
Figure FDA0003101859540000033
Figure FDA0003101859540000034
Q(s)＝C1(s)·F(s) (9)
所述LCL滤波器电容电流iC1(s)为：
Figure FDA0003101859540000035
其中，KPWM为逆变桥传递增益系数。
CN202110625062.1A 2021-06-04 2021-06-04 基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法 Active CN113285625B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110625062.1A CN113285625B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110625062.1A CN113285625B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113285625A true CN113285625A (zh) 2021-08-20
CN113285625B CN113285625B (zh) 2022-07-15

Family

ID=77283378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110625062.1A Active CN113285625B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113285625B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114865633A (zh) * 2022-06-01 2022-08-05 湖南工业大学 一种自适应准pr有源阻尼低频率谐波抑制方法
CN115632399A (zh) * 2022-10-17 2023-01-20 东南大学 一种带通滤波器与超前校正反馈型有源系统及阻尼方法
CN117200648A (zh) * 2023-11-07 2023-12-08 浙江大学 多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104821706A (zh) * 2015-01-23 2015-08-05 国家电网公司 一种多台lcl型逆变器谐振耦合的有源阻尼方案
CN106684918A (zh) * 2017-03-10 2017-05-17 湖南大学 一种lcl逆变器弱阻尼谐振抑制与功率快速调节方法
CN108123447A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 赵吉彬 一种新型光伏并网逆变器准比例谐振抑制策略
CN108471124A (zh) * 2018-04-24 2018-08-31 华北电力大学（保定） 光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法
CN110086171A (zh) * 2019-05-05 2019-08-02 重庆大学 一种增强系统抗干扰能力的并网逆变器谐振抑制方法及装置
US20190326753A1 (en) * 2018-04-24 2019-10-24 Beijing Apollo Ding Rong Solar Technology Co. Ltd. Photovoltaic power generation system and method and device for suppressing harmonic wave
CN110718934A (zh) * 2019-10-12 2020-01-21 兰州理工大学 一种适应电网阻抗变化的llcl并网逆变器谐振抑制方法
CN111463785A (zh) * 2020-04-21 2020-07-28 湖南工业大学 抑制光伏逆变器集群谐振的有源阻尼器自适应控制方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104821706A (zh) * 2015-01-23 2015-08-05 国家电网公司 一种多台lcl型逆变器谐振耦合的有源阻尼方案
CN108123447A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 赵吉彬 一种新型光伏并网逆变器准比例谐振抑制策略
CN106684918A (zh) * 2017-03-10 2017-05-17 湖南大学 一种lcl逆变器弱阻尼谐振抑制与功率快速调节方法
CN108471124A (zh) * 2018-04-24 2018-08-31 华北电力大学（保定） 光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法
US20190326753A1 (en) * 2018-04-24 2019-10-24 Beijing Apollo Ding Rong Solar Technology Co. Ltd. Photovoltaic power generation system and method and device for suppressing harmonic wave
CN110086171A (zh) * 2019-05-05 2019-08-02 重庆大学 一种增强系统抗干扰能力的并网逆变器谐振抑制方法及装置
CN110718934A (zh) * 2019-10-12 2020-01-21 兰州理工大学 一种适应电网阻抗变化的llcl并网逆变器谐振抑制方法
CN111463785A (zh) * 2020-04-21 2020-07-28 湖南工业大学 抑制光伏逆变器集群谐振的有源阻尼器自适应控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUANLAI YUAN,ET AL: ""Active Damping Resonance Suppression and Optimization of Photovoltaic Cluster Grid Connected System"", 《JOURNAL OF ELECTRICAL ENGINEERING & TECHNOLOGY》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114865633A (zh) * 2022-06-01 2022-08-05 湖南工业大学 一种自适应准pr有源阻尼低频率谐波抑制方法
CN114865633B (zh) * 2022-06-01 2024-04-26 湖南工业大学 一种自适应准pr有源阻尼低频率谐波抑制方法
CN115632399A (zh) * 2022-10-17 2023-01-20 东南大学 一种带通滤波器与超前校正反馈型有源系统及阻尼方法
CN117200648A (zh) * 2023-11-07 2023-12-08 浙江大学 多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置
CN117200648B (zh) * 2023-11-07 2024-01-26 浙江大学 多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113285625B (zh) 2022-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113285625B (zh) 基于改进型有源阻尼法的光伏逆变器集群谐振抑制方法
Hamza et al. LCL filter design with passive damping for photovoltaic grid connected systems
Xie et al. Analysis and improved design of phase compensated proportional resonant controllers for grid-connected inverters in weak grid
CN108471124B (zh) 光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法
CN106655274A (zh) 一种三相并网逆变器并网电流的控制方法
CN110718934A (zh) 一种适应电网阻抗变化的llcl并网逆变器谐振抑制方法
CN107482682A (zh) 一种离网模式下有源滤波器与分布式电源协同控制方法
CN111245004A (zh) 弱电网下高频SiC光伏并网逆变器的复合鲁棒控制方法
CN114865633B (zh) 一种自适应准pr有源阻尼低频率谐波抑制方法
CN110729752B (zh) 一种并网逆变器并联系统的输出阻抗重塑方法
CN106877401B (zh) 自适应提高弱电网条件下lcl型并网逆变器系统稳定性方法
CN105337481A (zh) 一种lcl型并网逆变器控制方法
Li et al. A DC hybrid active power filter and its nonlinear unified controller using feedback linearization
CN107800135B (zh) 一种用于sapf的不同次谐波精细化补偿方法
CN106099930A (zh) 基于lcl型滤波器的apf系统及其控制系统
Wang et al. A novel hybrid modular three-level shunt active power filter
Nie et al. An enhanced control strategy for multiparalleled grid-connected single-phase converters with load harmonic current compensation capability
CN110266017B (zh) 一种lcl型有源电力滤波器混合状态反馈虚拟阻尼控制方法
CN108512227B (zh) 一种单相lcl并网逆变器改进型电流调节器的调节方法
Yang et al. Wideband dissipativity enhancement for grid-following VSC utilizing capacitor voltage feedforward
Shen et al. A new current feedback PR control strategy for grid-connected VSI with an LCL filter
CN105978018B (zh) 一种lc型并网逆变器控制方法
Tongzhen et al. Topology and control strategy of upqc based on high frequency isolation dc/dc converter
CN111490539B (zh) 一种基于有源谐波电导法的光伏逆变器集群谐振抑制方法
CN115378040A (zh) 一种基于lcl型光伏逆变器并网系统及qvr控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant