CN116915033A - 一种并网逆变lcl滤波器优化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，属于新能源并网设计技术领域，解决了LCL滤波器采用有源阻尼系统产生谐振峰，造成谐波电流频率共振，危及电网运行稳定性的问题，解决该问题的方法包括以下步骤，计算LCL滤波器的电路参数；根据所述电路参数计算LCL滤波器的总电感值；测量LCL滤波器电容支路的电压传感器或电流传感器的数值；计算有源阻尼系统模型的传递函数，实现有源阻尼控制，本方法对LCL滤波器的参数进行优化，使得LCL滤波器的总电感值最小化，能够有效抑制对注入电流的高次谐波及开关纹波，保证电网稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及新能源并网设计技术领域，尤其是指一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法。
背景技术
随着气候问题和化石能源危机的影响，可再生能源的大规模开发利用逐渐引起了社会各界的广泛关注。针对并网中风力发电单元由于风速、风向具有随机变动和不可预期的特点以及发电机本身定转子侧控制器电压畸变且气隙不均衡易造成对电网侧电流的谐波污染情况；以及电力电子换流器等采用高频PWM波调制以实现能量交换和控制的应用已不可避免地对并网产生大量的高次谐波污染。因此，通常需要在逆变器侧加装一台滤波器对分布式电源并网注入电流进行谐波抑制，但随着风机容量的不断提高以及电力电子器件低开关频率的工作特性，L滤波器在满足以上并网指标的情况下，往往需要较大的电感参数才能符合其标准，这样不仅造价昂贵、容积增大，还会降低系统的动态响应性能和鲁棒性，已逐渐不再适用于高频电流的谐波抑制。LCL滤波器不仅具有L滤波器相同的低频抑制特性，且对高频谐波具有更强的抑制作用；但由于电感、电容频率特性相反，因此存在某次谐波频率下电路发生谐振峰，表现出很低的阻抗特性，造成谐波电流频率共振，危及电网运行的稳定性与安全性。
在中国专利公开号为CN113067372A，公开日为2021年7月2日，名称为一种改善LCL滤波并网控制性能的有源阻尼方法及电路的发明专利中，公开了一种改善LCL滤波并网控制性能的有源阻尼方法及电路，所述有源阻尼方法基于适用于阻尼回路设计的电容电流平均法实现，包括以下步骤：采集被测电网电流和LCL滤波器的被测电容电流；基于被测电容电流计算获得一个开关周期内的平均电容电流；消除所述平均电容电流中的谐振频率分量，获得补偿电容电流；基于所述补偿电容电流和被测电网电流生成调制信号；基于所述调制信号进行PWM调制，实现有源阻尼控制。该发明通过平均化方法来获得被测电容电流的平均采样值，滤掉被测电容电流中的高频噪声分量，确保大功率变流器中的电容电流阻尼，提高了阻尼回路的性能，为并网逆变器的电容电流阻尼性能提供了良好的改进方案，但不足之处在于，该方法忽视了LCL滤波器采用有源阻尼系统产生谐振峰，造成谐波电流频率共振，危及电网运行稳定性的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中，LCL滤波器采用有源阻尼系统会产生谐振峰，造成谐波电流频率共振，危及电网运行稳定性的缺点，提供一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，首先计算LCL滤波器的电路参数，其次根据所述电路参数计算LCL滤波器的总电感值，测量LCL滤波器电容支路的电压传感器或电流传感器的数值，最后计算有源阻尼系统的传递函数，将传递函叠加到并网逆变LCL滤波器的控制电路中，实现有源阻尼控制，从而优化了LCL滤波器的参数，使得LCL滤波器的总电感值最小化，能够有效抑制对注入电流的高次谐波及开关纹波，保证电网稳定运行。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，包括以下步骤：
步骤一：计算LCL滤波器的电路参数，所述电路参数包括LCL滤波器电容支路的电容值、LCL滤波器电感支路的网侧电感值以及LCL滤波器电感支路的桥臂侧电感值；
步骤二：根据所述电路参数计算LCL滤波器的总电感值；
步骤三：测量LCL滤波器电容支路的电压传感器或电流传感器的数值；
步骤四：计算有源阻尼系统的传递函数，将传递函数叠加到并网逆变LCL滤波器的控制电路中，实现有源阻尼控制。首先计算LCL滤波器的电路参数，其次根据所述电路参数计算LCL滤波器的总电感值，测量LCL滤波器电容支路的电压传感器或电流传感器的数值，最后计算有源阻尼系统的传递函数，将传递函叠加到并网逆变LCL滤波器的控制电路中，实现有源阻尼控制，从而优化了LCL滤波器的参数，使得LCL滤波器的总电感值最小化，能够有效抑制对注入电流的高次谐波及开关纹波，保证电网稳定运行。
作为优选，所述步骤一中，所述LCL滤波器电容支路的电容值Cd满足以下条件：
其中，λ表示功率转换因数；Sn表示注入电网的视在功率；ug表示LCL滤波器电感支路网侧的电压，f1表示LCL滤波器下降设定阈值处对应的左边频点；
所述LCL滤波器电感支路的网侧电感值Lg的数学表达式为：其中，α表示电流在LCL滤波器电容支路与LCL滤波器电感支路网侧的分流比值，h表示LCL滤波器的高次谐波次数，ω1表示LCL滤波器的谐振频率，Cd表示LCL滤波器电容支路的电容值；
所述LCL滤波器电感支路的桥臂侧电感值Lf的数学表达式为：
其中，Hg表示LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数，表示LCL滤波器电容支路的电容参数值。通过计算LCL滤波器电容支路的电容值、LCL滤波器电感支路的网侧电感值以及LCL滤波器电感支路的桥臂侧电感值，计算LCL滤波器的总电感值。
作为优选，所述ω1的数学表达式为：其中，k表示电感权重系数，k＝Lf/Lg，Rd表示LCL滤波器电容支路的串联等效电阻，根据工程阻尼参数方法进行选取。通过计算LCL滤波器的谐振频率，确定LCL滤波器的低次谐波和高次谐波。
作为优选，所述Hg的数学表达式为：其中，LT表示LCL滤波器的总电感值。通过计算LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数，能够确定当电流在LCL滤波器电容支路与LCL滤波器电感支路网侧的分流比值α一定时，LCL滤波器的总电感量LT是关于LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数Hg的函数。
作为优选，所述步骤二中，所述LCL滤波器的总电感值LT的数学表达式为：通过计算LCL滤波器的总电感值，能够得出当LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数Hg符合并网标准且为一固定常数时，LCL滤波器的总电感量LT是关于电流在LCL滤波器电容支路与LCL滤波器电感支路网侧的分流比值α的函数。
作为优选，所述步骤四中，所述传递函数为：
其中，Tdelay表示LCL滤波器电容支路的电压传感器或电流传感器的数值，G(s)表示电容电流反馈系数，G(s)＝RdLT/Lg。将传递函数叠加到并网逆变LCL滤波器的控制电路中，实现有源阻尼控制。
作为优选，所述步骤四中，将传递函数叠加到并网逆变LCL滤波器的电容支路中，通过电容支路中的电流进行反馈调节。在并网逆变LCL滤波器的控制电路中采用电容支路电流进行反馈调节，能够减少闭环零点的影响。
作为优选，当Hg符合并网标准且为设定的常数时，LT是关于α的函数，对LT进行求导，再令导数d′LT(α)＝0，确定α的数值。通过d′LT(α)＝0确定α的数值，能够使得LCL滤波器的总电感值最小。
本发明的有益效果是：首先计算LCL滤波器的电路参数，其次根据所述电路参数计算LCL滤波器的总电感值，测量LCL滤波器电容支路的电压传感器或电流传感器的数值，最后计算有源阻尼系统的传递函数，将传递函叠加到并网逆变LCL滤波器的控制电路中，实现有源阻尼控制，从而优化了LCL滤波器的参数，使得LCL滤波器的总电感值最小化，能够有效抑制对注入电流的高次谐波及开关纹波，保证电网稳定运行。
附图说明
图1是本发明的一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法流程图；
图2是基于PMSG的三相LCL滤波器的并网结构框图；
图3是LCL滤波器电感支路网侧输入端三相电流图；
图4是LCL滤波器电感支路网侧输出端三相电流图；
图5是有源阻尼系统滤波前三相电流THD图；
图6是有源阻尼系统滤波后三相电流THD图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例：一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：计算LCL滤波器的电路参数，所述电路参数包括LCL滤波器电容支路的电容值、LCL滤波器电感支路的网侧电感值以及LCL滤波器电感支路的桥臂侧电感值；
步骤二：根据所述电路参数计算LCL滤波器的总电感值；
步骤三：测量LCL滤波器电容支路的电压传感器或电流传感器的数值；
步骤四：计算有源阻尼系统的传递函数，将传递函数叠加到并网逆变LCL滤波器的控制电路中，实现有源阻尼控制。
为了通过计算LCL滤波器电容支路的电容值、LCL滤波器电感支路的网侧电感值以及LCL滤波器电感支路的桥臂侧电感值，计算LCL滤波器的总电感值，所述步骤一中，所述LCL滤波器电容支路的电容值Cd满足以下条件：其中，λ表示功率转换因数；Sn表示注入电网的视在功率；ug表示LCL滤波器电感支路网侧的电压，f1表示LCL滤波器下降设定阈值处对应的左边频点；
所述LCL滤波器电感支路的网侧电感值Lg的数学表达式为：其中，α表示电流在LCL滤波器电容支路与LCL滤波器电感支路网侧的分流比值，h表示LCL滤波器的高次谐波次数，ω1表示LCL滤波器的谐振频率，Cd表示LCL滤波器电容支路的电容值；
所述LCL滤波器电感支路的桥臂侧电感值Lf的数学表达式为：其中，Hg表示LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数，/>表示LCL滤波器电容支路的电容参数值。
为了能够通过计算LCL滤波器的谐振频率，确定LCL滤波器的低次谐波和高次谐波，述LCL滤波器的谐振频率ω1的数学表达式为：其中，k表示电感权重系数，k＝Lf/Lg，Rd表示LCL滤波器电容支路的串联等效电阻，根据工程阻尼参数方法进行选取。
为了能够通过计算LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数，能够确定当电流在LCL滤波器电容支路与LCL滤波器电感支路网侧的分流比值α一定时，LCL滤波器的总电感量LT是关于LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数Hg的函数，所述LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数Hg的数学表达式为：其中，LT表示LCL滤波器的总电感值。
为了能够通过计算LCL滤波器的总电感值，能够得出当LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数Hg符合并网标准且为一固定常数时，LCL滤波器的总电感量LT是关于电流在LCL滤波器电容支路与LCL滤波器电感支路网侧的分流比值α的函数，所述步骤二中，所述LCL滤波器的总电感值LT的数学表达式为：
为了能够将传递函数叠加到并网逆变LCL滤波器的控制电路中，实现有源阻尼控制，所述步骤四中，所述传递函数为：其中，Tdelay表示LCL滤波器电容支路的电压传感器或电流传感器的数值，G(s)表示电容电流反馈系数，G(s)＝RdLT/Lg。
为了能够在并网逆变LCL滤波器的控制电路中采用电容支路电流进行反馈调节，能够减少闭环零点的影响。所述步骤四中，将传递函数叠加到并网逆变LCL滤波器的电容支路中，通过电容支路中的电流进行反馈调节。
为了能够使得LCL滤波器的总电感值最小。当Hg符合并网标准且为设定的常数时，LT是关于α的函数，对LT进行求导，再令导数d′LT(α)＝0，确定α的数值。
以下是本申请的仿真验证实验，本申请是对并网逆变LCL滤波器的参数进行优化，从而使得LCL滤波器避免发生谐振峰，让电网稳定进行，本申请采用基于PMSG的三相LCL滤波器的并网结构框图如图2所示，风机系统产生的功率经过整流控制电路、稳压电容最后通过三相全桥SVPWM逆变器经LCL滤波器连接至大电网；逆变器由六个反向并联IGBT管组成，Rf、Rg分别是逆变器侧和网侧滤波电感及输电线路的寄生电阻，Rd为LCL滤波器电容支路的串联等效电阻，根据工程阻尼参数方法进行选取。因此设定风机系统输入风速为11m/s，注入电网的视在功率为5kW，开关频率fsw＝10kHz，LCL滤波器电感支路网侧网侧电压为380V/50Hz，电流峰值为8.5A；风力发电系统整流侧直流电压为800V；纹波电流幅值取值为三相电流峰值的40％，即3.4A，功率转换因数λ＝0.95，Rd＝3.1Ω。LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数Hg＝0.01，电流在LCL滤波器电容支路与LCL滤波器感支路网侧的分流比值α＝7时，总电感量取得最小值，且符合纹波电流抑制标准，Cd＝5.5μF，Lg＝0.5mH，Lf＝6mH，谐振频率为ω1＝3.16kHz，符合10f1<ω1<fsw/2要求。
从仿真结果图3-6中，三相电流滤波前后，电网注入电流谐波畸变率得到了控制，THD由5％降低至1.76％，输出电流曲线更加平滑，符合并网标准；分析图6可知，约80次谐波之后及开关频率处的电流谐波受到滤波器较大的抑制作用，开关纹波THD由2.3％降低至0.3％，因此可得由电力电子器件等产生的高次谐波和开关纹波对电网注入电流THD影响最大；实验表明滤波器输出三相电流符合并网标准，验证了所设计参数理论的正确性。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (8)
1.一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：计算LCL滤波器的电路参数，所述电路参数包括LCL滤波器电容支路的电容值、LCL滤波器电感支路的网侧电感值以及LCL滤波器电感支路的桥臂侧电感值；
步骤二：根据所述电路参数计算LCL滤波器的总电感值；
步骤三：测量LCL滤波器电容支路的电压传感器或电流传感器的数值；
步骤四：计算有源阻尼系统的传递函数，将传递函数叠加到并网逆变LCL滤波器的控制电路中，实现有源阻尼控制。
2.根据权利要求1所述的一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，其特征在于，所述步骤一中，所述LCL滤波器电容支路的电容值Cd满足以下条件：其中，λ表示功率转换因数；Sn表示注入电网的视在功率；ug表示LCL滤波器电感支路网侧的电压，f1表示LCL滤波器下降设定阈值处对应的左边频点；
所述LCL滤波器电感支路的网侧电感值Lg的数学表达式为：其中，α表示电流在LCL滤波器电容支路与LCL滤波器电感支路网侧的分流比值，h表示LCL滤波器的高次谐波次数，ω1表示LCL滤波器的谐振频率，Cd表示LCL滤波器电容支路的电容值；
所述LCL滤波器电感支路的桥臂侧电感值Lf的数学表达式为：其中，Hg表示LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数，Xcd表示LCL滤波器电容支路的电容参数值。
3.根据权利要求2所述的一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，其特征在于，所述LCL滤波器的谐振频率ω1的数学表达式为：其中，k表示电感权重系数，k＝Lf/Lg，Rd表示LCL滤波器电容支路的串联等效电阻，根据工程阻尼参数方法进行选取。
4.根据权利要求2所述的一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，其特征在于，所述LCL滤波器电感支路网侧的电流谐波衰减系数Hg的数学表达式为：其中，LT表示LCL滤波器的总电感值。
5.根据权利要求1所述的一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，其特征在于，所述步骤二中，所述LCL滤波器的总电感值LT的数学表达式为：
6.根据权利要求1所述的一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，其特征在于，所述步骤四中，所述传递函数为：其中，Tdelay表示LCL滤波器电容支路的电压传感器或电流传感器的数值，G(s)表示电容电流反馈系数，G(s)＝RdLT/Lg。
7.根据权利要求1所述的一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，其特征在于，所述步骤四中，将传递函数叠加到并网逆变LCL滤波器的电容支路中，通过电容支路中的电流进行反馈调节。
8.根据权利要求5所述的一种并网逆变LCL滤波器优化控制方法，其特征在于，当Hg符合并网标准且为设定的常数时，LT是关于α的函数，对LT进行求导，再令导数d′LT(α)＝0，确定α的数值。
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| CN118100202A (zh) * | 2024-04-29 | 2024-05-28 | 国网黑龙江省电力有限公司绥化供电公司 | 一种智能电网管理系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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