CN114243703A - 基于电容电流反馈的lcl滤波器的主动阻尼解耦方法和装置 - Google Patents

基于电容电流反馈的lcl滤波器的主动阻尼解耦方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦方法及装置，属于电力系统的参数控制领域。所述主动阻尼解耦方法包括：获取电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq，并基于解耦模型得到第一反馈电流、第二反馈电流、第三反馈电流和第四反馈电流；进一步得到有功反馈信号和无功反馈信号；将所述无功反馈信号负反馈至所述无功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处；将所述有功反馈信号负反馈至所述有功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处。本发明运用于主动阻尼反馈支路的解耦，削弱控制延时对主动阻尼效果的不利影响。

Description

基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦方法和装置
技术领域
本发明涉及电力系统的参数控制领域，具体地涉及一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦方法和一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦装置。
背景技术
基于电容电流反馈的LCL滤波器主动阻尼策略是目前最常用的主动阻尼策略之一，然而其在数字控制实现的过程中，控制器将电流环PI控制器的输出信号与采样到的电容电流进行相减运算，会存在一个采样周期的延时，称为控制延时，控制延时会引入逆变器dq轴电流的耦合，并削弱阻尼效果，严重时会导致主动阻尼的失效，影响逆变器系统的稳定性。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦方法和一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦装置，以至少解决主动阻尼反馈支路的解耦中主动阻尼效果失效问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦方法，所述电容电流反馈的LCL滤波器包括有功电流解耦环和无功电流解耦环；电容电流分别通过所述有功电流解耦环和所述无功电流解耦环进行解耦；所述主动阻尼解耦方法包括：
获取电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq；
将电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq基于解耦模型得到第一反馈电流、第二反馈电流、第三反馈电流和第四反馈电流；
将所述第四反馈电流和所述第一反馈电流进行相减得到有功反馈信号；将所述第三反馈电流和所述第二反馈电流进行相加得到无功反馈信号；将所述无功反馈信号负反馈至所述无功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处；将所述有功反馈信号负反馈至所述有功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处。
可选的，所述将电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq基于解耦模型得到第一反馈电流、第二反馈电流、第三反馈电流和第四反馈电流，包括：
将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用无耦合阻尼系数k1得到第一反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用解耦阻尼系数k2得到第三反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用无耦合阻尼系数k1得到第二反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用解耦阻尼系数k2得到第四反馈电流；所述解耦模型为：
Figure BDA0003402244350000021
ωe为电容电流的基波角频率，S为控制系统传递函数中的拉普拉斯算子。
可选的，所述第一反馈电流、所述第二反馈电流、所述第三反馈电流和第四反馈电流均还通过延时处理，延时的时间为电容电流反馈的LCL滤波器的固有延时时间。
本发明还提供一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦装置，所述电容电流反馈的LCL滤波器包括有功电流解耦环和无功电流解耦环；电容电流分别通过所述有功电流解耦环和所述无功电流解耦环进行解耦；所述控制器包括：
获取模块，用于获取电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq；
解耦模块，用于将电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq基于解耦模型得到第一反馈电流、第二反馈电流、第三反馈电流和第四反馈电流；
信号生成模块，用于将所述第四反馈电流和所述第一反馈电流进行相减得到有功反馈信号；将所述第三反馈电流和所述第二反馈电流进行相加得到无功反馈信号；将所述无功反馈信号负反馈至所述无功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处；将所述有功反馈信号负反馈至所述有功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处。
可选的，所述解耦模块用于将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用无耦合阻尼系数k1得到第一反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用解耦阻尼系数k2得到第三反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用无耦合阻尼系数k1得到第二反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用解耦阻尼系数k2得到第四反馈电流；所述解耦模型为：
Figure BDA0003402244350000031
ωe为电容电流的基波角频率，S为控制系统传递函数中的拉普拉斯算子。
可选的，所述第一反馈电流、所述第二反馈电流、所述第三反馈电流和第四反馈电流均还通过延时处理，延时的时间为电容电流反馈的LCL滤波器的固有延时时间。
本发明还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦方法。
通过上述技术方案，本发明将传统的电容电流反馈系数拓展为复系数，如电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq，然后再运用于主动阻尼反馈支路的解耦，削弱控制延时对主动阻尼效果的不利影响。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明实施例中提供的一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦装置运于主动阻尼控制的电流环的原理图；
图2是本发明实施例中提供的一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦装置运于主动阻尼控制的电流环的等效原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，去掉虚线支路后，图1中所示即为传统的带LCL滤波器的电流环。其中Gpi为PI控制器的传递函数，用于误差调节，实现电流环的闭环输入为电流基准减去电流反馈值的差值，输出为误差调节信号，也是三相逆变器桥臂的输出电压；(1/(s+jωe)L1)为LCL滤波器输入侧电感L1的传递函数，输入为三相逆变器桥臂的输出电压，输出为流过L1的电流；(1/(s+jωe)L2)为LCL滤波器输出侧电感L2的传递函数，输入为LCL滤波器中电容Cf的电压，输出为流过L2的电流，也就是LCL滤波器的输出电流(id或iq)；(1/(s+jωe)Cf)为LCL滤波器中电容Cf的传递函数，输入为流过L1的电流与流过L2的电流之差，也就是流过电容Cf的电流(ifd或ifq)，输出为LCL滤波器中电容Cf的电压；L1、L2和Cf共同组成了LCL滤波器，也就是图2中的GLCL。
为了解决主动阻尼反馈支路的解耦中主动阻尼效果失效问题，本发明实施方式提供一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦方法，所述电容电流反馈的LCL滤波器包括有功电流解耦环和无功电流解耦环；电容电流分别通过所述有功电流解耦环和所述无功电流解耦环进行解耦；图1和图2中iq *和id *为dq坐标系下的电流基准；电容电流id和iq分别为dq坐标系下的有功电流和无功电流；所述主动阻尼解耦方法包括：
获取电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq；
将电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq基于解耦模型得到第一反馈电流、第二反馈电流、第三反馈电流和第四反馈电流；
将所述第四反馈电流和所述第一反馈电流进行相减得到有功反馈信号；将所述第三反馈电流和所述第二反馈电流进行相加得到无功反馈信号；将所述无功反馈信号负反馈至所述无功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处；将所述有功反馈信号负反馈至所述有功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处。具体的作用的位置如图1中的虚线所示。
可选的，所述将电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq基于解耦模型得到第一反馈电流、第二反馈电流、第三反馈电流和第四反馈电流，包括：
将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用无耦合阻尼系数k1得到第一反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用解耦阻尼系数k2得到第三反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用无耦合阻尼系数k1得到第二反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用解耦阻尼系数k2得到第四反馈电流；所述解耦模型为：
Figure BDA0003402244350000061
ωe为电容电流的基波角频率，S为控制系统传递函数中的拉普拉斯算子。
可选的，所述第一反馈电流、所述第二反馈电流、所述第三反馈电流和第四反馈电流均还通过延时处理，延时的时间为电容电流反馈的LCL滤波器的固有延时时间。
在一种可能的实施例中，在dq坐标系下，电容电流在d坐标轴上的投影电流为ifd，在q坐标轴上的投影电流为ifq，将电容电流在d坐标轴上的投影电流ifd乘以无耦合阻尼系数k1以及进行延时e-Tsas修正后的值，与电容电流在q坐标轴上的投影电流ifq乘以解耦阻尼系数k2以及进行延时e-Tsas修正后的值相减，然后负反馈至d轴电流环PI控制器的输出信号处；将电容电流在q坐标轴上的投影电流ifq乘以无耦合阻尼系数k1以及进行延时e-Tsas修正后的值，与电容电流在d坐标轴上的投影电流ifd乘以解耦阻尼系数k2以及进行延时e-Tsas修正后的值相加，然后负反馈至q轴电流环PI控制器的输出信号处，实现解耦的主动阻尼控制。延时e-Tsas为系统所固有的，Tsa即为采样周期。无耦合阻尼系数k1可以采用传统的基于电容电流反馈的LCL滤波器主动阻尼策略进行确定。本方案中，考虑到系统所固有的延时e-Tsas可以更准确的进行解耦。
本发明将传统的电容电流反馈系数拓展进行拓展，对于传统的电容电流反馈，是将ifd反馈到d轴PI控制器的输出端，将ifq反馈到q轴PI控制器的输出端，且ifd和ifq的反馈系数为相同的实系数，对于本发明的电容电流反馈，是将ifd分别经过反馈系数k1和k2反馈到d轴PI控制器的输出端和q轴PI控制器的输出端，将ifq分别经过反馈系数k1和k2反馈到q轴PI控制器的输出端和d轴PI控制器的输出端，k1和k2组成了复系数反馈系数。然后再运用于主动阻尼反馈支路的解耦，削弱控制延时对主动阻尼效果的不利影响。
如图2所示，主动阻尼支路的传递函数Gd可以表示为：
Gd(s)＝k1s2-2k2ωes-k1ωe 2
因此，可以看出，运用上述解耦方法可以实现主动阻尼部分的解耦。根据图2可以看出，解耦后id和iq等效的控制环路相互独立，也就是说id的变化不会对iq产生影响，iq的变化也不会对id产生影响，意味着电流环在id或iq发生突变时的动态性能得到了提升。
本发明还提供一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦装置，所述电容电流反馈的LCL滤波器包括有功电流解耦环和无功电流解耦环；电容电流分别通过所述有功电流解耦环和所述无功电流解耦环进行解耦；所述控制器包括：
获取模块，用于获取电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq；投影电流ifq和ifd是电流环中的一个变量，通过电流传感器采样LCL滤波器中的电容电流得到。
解耦模块，用于将电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq基于解耦模型得到第一反馈电流、第二反馈电流、第三反馈电流和第四反馈电流；
信号生成模块，用于将所述第四反馈电流和所述第一反馈电流进行相减得到有功反馈信号；将所述第三反馈电流和所述第二反馈电流进行相加得到无功反馈信号；将所述无功反馈信号负反馈至所述无功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处；将所述有功反馈信号负反馈至所述有功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处。
可选的，所述解耦模块用于将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用无耦合阻尼系数k1得到第一反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用解耦阻尼系数k2得到第三反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用无耦合阻尼系数k1得到第二反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用解耦阻尼系数k2得到第四反馈电流；所述解耦模型为：
Figure BDA0003402244350000081
ωe为电容电流的基波角频率，S为控制系统传递函数中的拉普拉斯算子。
可选的，所述第一反馈电流、所述第二反馈电流、所述第三反馈电流和第四反馈电流均还通过延时处理，延时的时间为电容电流反馈的LCL滤波器的固有延时时间。
本发明还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦方法。本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个可以是单片机，芯片等或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。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，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (7)

1.一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦方法，所述电容电流反馈的LCL滤波器包括有功电流解耦环和无功电流解耦环，电容电流分别通过所述有功电流解耦环和所述无功电流解耦环进行解耦；其特征在于，所述主动阻尼解耦方法包括：
获取电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq；
将电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq基于解耦模型得到第一反馈电流、第二反馈电流、第三反馈电流和第四反馈电流；
将所述第四反馈电流与所述第一反馈电流相减得到有功反馈信号；将所述第三反馈电流与所述第二反馈电流相加得到无功反馈信号；将所述无功反馈信号负反馈至所述无功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处；将所述有功反馈信号负反馈至所述有功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处。
2.根据权利要求1所述的主动阻尼解耦方法，其特征在于，所述将电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq基于解耦模型得到第一反馈电流、第二反馈电流、第三反馈电流和第四反馈电流，包括：
将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用无耦合阻尼系数k1得到第一反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用解耦阻尼系数k2得到第三反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用无耦合阻尼系数k1得到第二反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用解耦阻尼系数k2得到第四反馈电流；
所述解耦模型为：
Figure FDA0003402244340000021
其中，
ωe为电容电流的基波角频率，S为控制系统传递函数中的拉普拉斯算子。
3.根据权利要求1所述的主动阻尼解耦方法，其特征在于，所述第一反馈电流、所述第二反馈电流、所述第三反馈电流和第四反馈电流均还通过延时处理，延时的时间为电容电流反馈的LCL滤波器的固有延时时间。
4.一种基于电容电流反馈的LCL滤波器的主动阻尼解耦装置，所述电容电流反馈的LCL滤波器包括有功电流解耦环和无功电流解耦环，电容电流分别通过所述有功电流解耦环和所述无功电流解耦环进行解耦；其特征在于，所述控制器包括：
获取模块，用于获取电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq；
解耦模块，用于将电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd和电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq基于解耦模型得到第一反馈电流、第二反馈电流、第三反馈电流和第四反馈电流；
信号生成模块，用于将所述第四反馈电流与所述第一反馈电流相减得到有功反馈信号；将所述第三反馈电流与所述第二反馈电流相加得到无功反馈信号；将所述无功反馈信号负反馈至所述无功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处；将所述有功反馈信号负反馈至所述有功电流解耦环中的PI控制器的输出信号处。
5.根据权利要求4所述的解耦装置，其特征在于，所述解耦模块用于将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用无耦合阻尼系数k1得到第一反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的d坐标轴上的投影电流ifd运用解耦阻尼系数k2得到第三反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用无耦合阻尼系数k1得到第二反馈电流；将所述电容电流在dq坐标系下的q坐标轴上的投影电流ifq运用解耦阻尼系数k2得到第四反馈电流；
所述解耦模型为：
Figure FDA0003402244340000031
其中，
ωe为电容电流的基波角频率，S为控制系统传递函数中的拉普拉斯算子。
6.根据权利要求4所述的解耦装置，其特征在于，所述第一反馈电流、所述第二反馈电流、所述第三反馈电流和第四反馈电流均还通过延时处理，延时的时间为电容电流反馈的LCL滤波器的固有延时时间。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行权利要求1至3中任一项权利要求所述的方法。
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