CN117937608B - 并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法、装置、设备及介质 - Google Patents
并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法、装置、设备及介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117937608B CN117937608B CN202410335788.5A CN202410335788A CN117937608B CN 117937608 B CN117937608 B CN 117937608B CN 202410335788 A CN202410335788 A CN 202410335788A CN 117937608 B CN117937608 B CN 117937608B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- impedance
- grid
- frequency
- power grid
- controller
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 47
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 37
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 31
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 27
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 22
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 20
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 7
- 238000011426 transformation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000013432 robust analysis Methods 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法、装置、设备及介质，属于新能源逆变器并网技术领域，旨在解决考虑数字控制延时下存在宽范围变化的电网阻抗降低并网逆变器鲁棒性的问题。所述方法包括如下步骤：S101、将鲁棒性补偿环节和基于有源阻尼法的电流内环控制器的设计分为两个独立的环节，在理想电网下设计基于有源阻尼法的电流控制器；S102、分析并网逆变器中LCL滤波器的谐振频率随电网阻抗的变化情况，基于Nyquist稳定性判据分析并识别出逆变器在弱电网下的鲁棒性；S103、在弱电网下对补偿环节进行鲁棒性设计，引入比例和相位滞后补偿器并设计补偿系数，结合考虑电网阻抗宽范围变化的情况下，依次对比例系数和相位滞后补偿器的参数进行调整。
Description
技术领域
本发明涉及新能源逆变器并网技术领域，具体涉及并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法、装置、设备及介质。
背景技术
当前，并网逆变器是可再生能源利用的关键技术之一，它将直流电源转换为与电网同步的交流电，实现能量的有效传输。为了降低并网逆变器输出电流中的高次谐波，通常采用LCL滤波器作为输出滤波器，因为它具有更强的高频谐波抑制能力。然而，LCL滤波器的阶数较高，其频率响应中会产生谐振尖峰，如果不采用阻尼方法来稳定系统，可能会导致系统不稳定或者谐波电流过大。相较于无源阻尼方法，电容电流反馈有源阻尼方法无需额外的功率损耗，且对滤波性能影响最小，因此被广泛应用于抑制系统谐振尖峰。
然而，当采用数字控制的方式来实现电容电流反馈有源阻尼时，会引入一拍的控制延时，这会显著改变系统的开环频率特性，使得系统的稳定性条件变得更加严格。特别是在电网阻抗变化较大的弱电网中，控制延时的引入会严重降低系统的稳定性，甚至导致系统不稳定。因此，如何提高数字控制LCL型并网逆变器对电网阻抗变化的鲁棒性，是一个亟待解决的问题。
有鉴于此，提出本申请。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法、装置、设备及介质，能够有效解决现有技术中的LCL型并网逆变器对电网阻抗鲁棒性的补偿技术因电网线路阻抗的增大而易导致并网逆变器不稳定运行的问题。
本发明公开了并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法, 包括：
将电流内环控制器和鲁棒性补偿环节的设计分为两个独立的环节，在预设的理想电网条件下，将所述电流内环控制器与有源阻尼方法进行结合，设计基于有源阻尼法的电流控制器,具体为：
选择准比例谐振控制器作为所述电流内环控制器，准比例谐振控制器的传递函数为:
其中，、/>分别为比例系数、谐振系数，/>为基波角频率，/>为谐振角频率，选取/>；
选择基于电容电流反馈的有源阻尼方法，通过采集电容电流反馈到准比例谐振控制器的输出端，经过控制延时，再送到逆变器的调制信号；
系统的开环传递函数在z域中的公式表示为：
其中，为准比例谐振控制器，/>为相位滞后补偿器，/>为并网逆变器调制波/>到并网电流/>在z域中的传递函数;
在所述理想电网条件下，对所述电流内环控制器和电容电流反馈有源阻尼的参数进行设计，对所述电流内环控制器进行离散化处理，采用零阶保持变换法对被控对象进行离散化，得到所述理想电网条件下经过有源阻尼和电流内环控制器补偿之后的开环伯德图；
分析并网逆变器中LCL滤波器的谐振频率随电网阻抗的变化情况，运用Nyquist稳定性判据分析逆变器对电网阻抗的鲁棒性，具体为：
建立并网逆变系统随电网阻抗变化的开环bode图，运用Nyquist稳定性判据分析谐振频率随电网阻抗的变化情况，Nyquist稳定性判据如下式所示：
其中，表示开环增益的右半s平面的极点数，它映射到z域中表示单位圆外的极点数，/>表示正穿越次数；/>表示负穿越次数；
在弱电网下对补偿环节进行鲁棒性设计，引入比例控制器和相位滞后补偿器，在考虑电网阻抗宽范围变化的情况下，依次对比例系数和相位滞后补偿器的参数进行设计，具体为：
在环路中引入相位滞后，使谐振频率原本的相位滞后；
加入比例系数，增大环路在谐振频率处的增益，以抬高幅频曲线使负增益变为正增益，使得；
相位滞后补偿器在z域下的传递函数的公式表示为：
其中，表示/>的零点，取值范围为/>，/>的频率响应随/>值的不同而变化；
的频率响应/>和相频响应/>的表达式为：
在预设频率下，为采样频率，调整零点/>，以实现所需的相位滞后；
当判断到所需的滞后相位在电网阻抗最大值时达到预设最大值时，假设经过相位滞后补偿后的谐振频率由变为/>，其中,/>为补偿前对应的谐振频率，/>为补偿前开环传递函数在电网阻抗最大值时环路增益为0dB对应的频率，/>、/>可计算为已知值，同时，在/>、/>处对应的相位同样可计算为/>、/>，则由/>变为/>需要相位滞后补偿器提供/>的相位滞后；
引入比例控制，比例控制的加入必须满足环路在第一个-180°穿越频率处的增益始终小于0，在第二个-180°穿越频率处的增益始终大于0，据此获得比例系数的约束方程，求解得到的取值范围，以实现增益要求。
本发明还公开了并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿装置，包括：
控制器设计单元，用于将电流内环控制器和鲁棒性补偿环节的设计分为两个独立的环节，在预设的理想电网条件下，将所述电流内环控制器与有源阻尼方法进行结合，设计基于有源阻尼法的电流控制器,具体为：
选择准比例谐振控制器作为所述电流内环控制器，准比例谐振控制器的传递函数为:
其中，、/>分别为比例系数、谐振系数，/>为基波角频率，/>为谐振角频率，选取/>；
选择基于电容电流反馈的有源阻尼方法，通过采集电容电流反馈到准比例谐振控制器的输出端，经过控制延时，再送到逆变器的调制信号；
系统的开环传递函数在z域中的公式表示为：
其中，为准比例谐振控制器，/>为相位滞后补偿器，/>为并网逆变器调制波/>到并网电流/>在z域中的传递函数;
在所述理想电网条件下，对所述电流内环控制器和电容电流反馈有源阻尼的参数进行设计，对所述电流内环控制器进行离散化处理，采用零阶保持变换法对被控对象进行离散化，得到所述理想电网条件下经过有源阻尼和电流内环控制器补偿之后的开环伯德图；
鲁棒性分析单元，用于分析并网逆变器中LCL滤波器的谐振频率随电网阻抗的变化情况，运用Nyquist稳定性判据分析逆变器对电网阻抗的鲁棒性，具体为：
建立并网逆变系统随电网阻抗变化的开环bode图，运用Nyquist稳定性判据分析谐振频率随电网阻抗的变化情况，Nyquist稳定性判据如下式所示：
其中，表示开环增益的右半s平面的极点数，它映射到z域中表示单位圆外的极点数，/>表示正穿越次数；/>表示负穿越次数；
参数设计调整单元，用于在弱电网下对补偿环节进行鲁棒性设计，引入比例控制器和相位滞后补偿器，在考虑电网阻抗宽范围变化的情况下，依次对比例系数和相位滞后补偿器的参数进行设计，具体为：
在环路中引入相位滞后，使谐振频率原本的相位滞后；
加入比例系数，增大环路在谐振频率处的增益，以抬高幅频曲线使负增益变为正增益，使得；
相位滞后补偿器在z域下的传递函数的公式表示为：
其中，表示/>的零点，取值范围为/>，/>的频率响应随/>值的不同而变化；
的频率响应/>和相频响应/>的表达式为：
在预设频率下，为采样频率，调整零点/>，以实现所需的相位滞后；
当判断到所需的滞后相位在电网阻抗最大值时达到预设最大值时，假设经过相位滞后补偿后的谐振频率由变为/>，其中,/>为补偿前对应的谐振频率，/>为补偿前开环传递函数在电网阻抗最大值时环路增益为0dB对应的频率，/>、/>可计算为已知值，同时，在/>、/>处对应的相位同样可计算为/>、/>，则由/>变为/>需要相位滞后补偿器提供/>的相位滞后；
引入比例控制，比例控制的加入必须满足环路在第一个-180°穿越频率处的增益始终小于0，在第二个-180°穿越频率处的增益始终大于0，据此获得比例系数的约束方程，求解得到的取值范围，以实现增益要求。
本发明还公开了并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法。
本发明还公开了可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序能够被该存储介质所在设备的处理器执行，以实现如上所述的并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法。
综上所述，本实施例提供的并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法、装置、设备及介质，属于新能源逆变器并网技术领域，旨在解决考虑数字控制延时下存在宽范围变化的电网阻抗降低并网逆变器鲁棒性的问题。所述并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法包括如下步骤：S1、将补偿模块和基于电容电流反馈有源阻尼的内环电流控制器的设计分为两个独立的阶段；S2、在理想电网下设计基于有源阻尼法的电流控制器；S3、分析并网逆变器中LCL滤波器的谐振频率随电网阻抗的变化情况，基于Nyquist稳定性判据分析并识别出逆变器在弱电网下的鲁棒性；S4、在弱电网下对补偿环节进行鲁棒性设计，引入比例和相位滞后补偿器并设计补偿系数，结合考虑电网阻抗宽范围变化的情况下，依次对比例系数和相位滞后补偿器的参数进行调整。采用该补偿方法能使并网逆变器在电网阻抗宽范围变化内从不稳定状态过渡到稳定运行状态，极大提高了逆变器对电网阻抗的鲁棒性。从而解决现有技术中的LCL型并网逆变器对电网阻抗鲁棒性的补偿技术因电网线路阻抗的增大而易导致并网逆变器不稳定运行的问题。
附图说明
图1是本发明第一方面提供的并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法的流程示意图。
图2是本发明实施例提供的数字控制单相LCL型并网逆变器系统结构示意图。
图3是本发明实施例提供的数字控制LCL型并网逆变器控制框示意图。
图4是本发明实施例提供的理想电网中Gopen(z)的bode示意图。
图5是本发明实施例提供的系统随电网阻抗的变化的开环bode示意图。
图6是本发明实施例提供的比例补偿与相位滞后相结合的补偿方法示意图。
图7是本发明实施例提供的相位滞后补偿器的bode示意图。
图8是本发明实施例提供的补偿后系统开环bode示意图。
图9是本发明实施例提供的补偿前后电网阻抗变化时闭环系统零极点分布示意图。
图10是本发明实施例提供的逆变器在不同电网阻抗下的仿真波形示意图。
图11是本发明实施例提供的逆变器在不同电网阻抗下的实验波形示意图。
图12是本发明实施例提供的并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿装置的模块示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
请参阅图1，本发明的第一实施例提供了并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法, 其可由阻抗鲁棒性补偿设备（以下补偿设备）来执行，特别的，由补偿设备内的一个或者多个处理器来执行，以实现如下步骤：
S101，将电流内环控制器和鲁棒性补偿环节的设计分为两个独立的环节，在预设的理想电网条件下，将所述电流内环控制器与有源阻尼方法进行结合，设计基于有源阻尼法的电流控制器,具体为：
选择准比例谐振控制器作为所述电流内环控制器，准比例谐振控制器的传递函数为:
其中，、/>分别为比例系数、谐振系数，/>为基波角频率，/>为谐振角频率，选取/>；
选择基于电容电流反馈的有源阻尼方法，通过采集电容电流反馈到准比例谐振控制器的输出端，经过控制延时，再送到逆变器的调制信号；
系统的开环传递函数在z域中的公式表示为：
其中，为准比例谐振控制器，/>为相位滞后补偿器，/>为并网逆变器调制波/>到并网电流/>在z域中的传递函数;
在所述理想电网条件下，对所述电流内环控制器和电容电流反馈有源阻尼的参数进行设计，对所述电流内环控制器进行离散化处理，采用零阶保持变换法对被控对象进行离散化，得到所述理想电网条件下经过有源阻尼和电流内环控制器补偿之后的开环伯德图；
在本实施例中，在理想电网下，将电流控制器与有源阻尼方法进行结合，设计基于有源阻尼法的电流控制器；在弱电网下，考虑电网阻抗的变化设计鲁棒性补偿模块。其中，所述理想电网条件是指：，/>，/>。
在本实施例中，如图2所示为数字控制单相LCL型并网逆变器系统结构图。在数字控制LCL型并网逆变器的系统结构中，为滤波电容，/>、/>分别为逆变器侧电感和电网侧电感，/>为弱电网条件下的电网阻抗；/>为电容电流反馈有源阻尼系数，/>为并网电流采样系数，/>为准比例谐振(Quasi-Proportional-Resonant，QPR)控制器，/>为相位滞后补偿器，/>为比例系数。采用数字控制不可避免地会引起A/D转换、控制器算法运算、PWM调制输出等时间延时，如果不考虑这些延时对系统控制器进行设计，不但会导致系统响应速度变慢，甚至有可能会引起系统不稳定/>为数字控制延时，在s域下表达式为。系统的控制框图可由图2得到，如图3所示，其中/>为逆变桥等效增益，值为/>。
S102，分析并网逆变器中LCL滤波器的谐振频率随电网阻抗的变化情况，运用Nyquist稳定性判据分析逆变器对电网阻抗的鲁棒性，具体为：
建立并网逆变系统随电网阻抗变化的开环bode图，运用Nyquist稳定性判据分析谐振频率随电网阻抗的变化情况，Nyquist稳定性判据如下式所示：
其中，表示开环增益的右半s平面的极点数，它映射到z域中表示单位圆外的极点数，/>表示正穿越次数；/>表示负穿越次数；
在本实施例中，理想电网条件下经过有源阻尼和电流内环控制器补偿之后的开环伯德图如图4所示。
S103，在弱电网下对补偿环节进行鲁棒性设计，引入比例控制器和相位滞后补偿器，在考虑电网阻抗宽范围变化的情况下，依次对比例系数和相位滞后补偿器的参数进行设计，具体为：
在环路中引入相位滞后，使谐振频率原本的相位滞后；
加入比例系数，增大环路在谐振频率处的增益，以抬高幅频曲线使负增益变为正增益，使得；
相位滞后补偿器在z域下的传递函数的公式表示为：
其中，表示/>的零点，取值范围为/>，/>的频率响应随/>值的不同而变化，如图7所示；
的频率响应/>和相频响应/>的表达式为：
在预设频率下，为采样频率，调整零点/>，以实现所需的相位滞后；
当判断到所需的滞后相位在电网阻抗最大值时达到预设最大值时，假设经过相位滞后补偿后的谐振频率由变为/>，其中,/>为补偿前对应的谐振频率，/>为补偿前开环传递函数在电网阻抗最大值时环路增益为0dB对应的频率，/>、/>可计算为已知值，同时，在/>、/>处对应的相位同样可计算为/>、/>，则由/>变为/>需要相位滞后补偿器提供/>的相位滞后；
引入比例控制，比例控制的加入必须满足环路在第一个-180°穿越频率处的增益始终小于0，在第二个-180°穿越频率处的增益始终大于0，据此获得比例系数的约束方程，求解得到的取值范围，以实现增益要求。
具体的，在本实施例中，在开环频域下设计比例和相位滞后补偿器的参数，考虑电网阻抗宽范围变化下，依次对比例系数和相位滞后补偿器的参数进行合理设计。
考虑电网阻抗从0到15mH的变化，如图5所示，所需最大的滞后相位在电网阻抗=15mH时的情况。参照设计要求，经过相位滞后补偿后的谐振频率需要由/>变为/>，如图6所示，其中/>为补偿前对应的谐振频率，/>为补偿前开环传递函数在/>=15mH时环路增益为0dB对应的频率，/>可计算为3853Hz，同时在/>处对应的相位同样可计算为-168°，则由/>变为/>需要/>提供12°的相位滞后，根据公式计算出/>的零点，得到/>=0.247；另一方面当/>=15mH时，开环增益应保持在0dB以上，并留有3dB的余量，将此约束与公式结合，得到/>的第一个约束方程：
当时，可由公式计算得到环路在第一个-180°的穿越频率为/>=2820Hz，/>应满足在第一个-180°穿越频率处的增益始终小于0，得到/>的第二个约束方程：
最终解得的取值范围：
折中选取=1.616。
经过比例-相位滞后补偿后系统的开环bode图如图8所示。引入比例-相位滞后补偿后，即使电网阻抗增大，环路在第二个-180°穿越频率处也始终大于0dB，同时可以确保环路增益在第一个-180°穿越频率处不受影响，始终保持小于0dB，在电网阻抗宽范围变化内都能得到满足公式)的Nyquist稳定性判据。
图9进一步显示了补偿前后电网阻抗变化时闭环系统的零极点分布图，随着电网阻抗的增大，补偿前闭环系统的极点逐渐向单位圆外移动，导致系统不稳定。采用本文提出的补偿策略后，如图9(b)所示，即使增大，极点仍然保持在单位圆内，这表明并网逆变器即使在电网阻抗变化很大的情况下也能稳定运行。
最后在仿真和实验验证了参数设计方法的合理性和正确性。
图10给出了逆变器在不同电网阻抗下的仿真波形。当=0mH时，投入补偿策略前后对并网电流影响甚微；当/>=9mH时，并网电流在投入补偿策略之后由临界震荡状态迅速恢复至稳定状态，电流THD大大降低；当/>=15mH时，在投入补偿策略之后并网电流由不稳定状态迅速恢复到稳定状态。
图11为逆变器在不同电网阻抗下的实验波形图。如图11(a)所示，当电网阻抗=0时，实验结果显示使用本文所提出的补偿策略与原系统相比产生的影响很小，表明该策略也适用于理想电网。由图9(a)可知，当/>=9mH时，补偿前闭环系统的极点位于单位圆上，处于边缘稳定状态，谐波电流较大。然而，采用本文提出的补偿策略后，单位圆上的极点回到圆内，谐波电流迅速消失，如图11(b)实验波形所示。当/>=15mH时，两极点在单位圆外，系统处于不稳定状态，如图11(c)所示，经过补偿后并网电流迅速恢复到稳定状态，与理论分析相符。
综上，所述并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿可以有效地提高并网逆变器对电网阻抗变化的鲁棒性，从而提高了系统的稳定性。可以在电网阻抗宽范围变化时都能满足Nyquist稳定性判据，这使得系统在电网阻抗变化较大的情况下仍能稳定运行。这对新能源并网技术领域具有重要的应用价值。
请参阅图12，本发明的第二实施例提供了并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿装置，包括：
控制器设计单元201，用于将电流内环控制器和鲁棒性补偿环节的设计分为两个独立的环节，在预设的理想电网条件下，将所述电流内环控制器与有源阻尼方法进行结合，设计基于有源阻尼法的电流控制器，具体为：
选择准比例谐振控制器作为所述电流内环控制器，准比例谐振控制器的传递函数为:
其中，、/>分别为比例系数、谐振系数，/>为基波角频率，/>为谐振角频率，选取/>；
选择基于电容电流反馈的有源阻尼方法，通过采集电容电流反馈到准比例谐振控制器的输出端，经过控制延时，再送到逆变器的调制信号；
系统的开环传递函数在z域中的公式表示为：
其中，为准比例谐振控制器，/>为相位滞后补偿器，/>为并网逆变器调制波/>到并网电流/>在z域中的传递函数;
在所述理想电网条件下，对所述电流内环控制器和电容电流反馈有源阻尼的参数进行设计，对所述电流内环控制器进行离散化处理，采用零阶保持变换法对被控对象进行离散化，得到所述理想电网条件下经过有源阻尼和电流内环控制器补偿之后的开环伯德图；
鲁棒性分析单元202，用于分析并网逆变器中LCL滤波器的谐振频率随电网阻抗的变化情况，运用Nyquist稳定性判据分析逆变器对电网阻抗的鲁棒性，具体为：
建立并网逆变系统随电网阻抗变化的开环bode图，运用Nyquist稳定性判据分析谐振频率随电网阻抗的变化情况，Nyquist稳定性判据如下式所示：
其中，表示开环增益的右半s平面的极点数，它映射到z域中表示单位圆外的极点数，/>表示正穿越次数；/>表示负穿越次数；
参数设计调整单元203，用于在弱电网下对补偿环节进行鲁棒性设计，引入比例控制器和相位滞后补偿器，在考虑电网阻抗宽范围变化的情况下，依次对比例系数和相位滞后补偿器的参数进行设计，具体为：
在环路中引入相位滞后，使谐振频率原本的相位滞后；
加入比例系数，增大环路在谐振频率处的增益，以抬高幅频曲线使负增益变为正增益，使得；
相位滞后补偿器在z域下的传递函数的公式表示为：
其中，表示/>的零点，取值范围为/>，/>的频率响应随/>值的不同而变化；
的频率响应/>和相频响应/>的表达式为：
在预设频率下，为采样频率，调整零点/>，以实现所需的相位滞后；
当判断到所需的滞后相位在电网阻抗最大值时达到预设最大值时，假设经过相位滞后补偿后的谐振频率由变为/>，其中,/>为补偿前对应的谐振频率，/>为补偿前开环传递函数在电网阻抗最大值时环路增益为0dB对应的频率，/>、/>可计算为已知值，同时，在/>、/>处对应的相位同样可计算为/>、/>，则由/>变为/>需要相位滞后补偿器提供/>的相位滞后；
引入比例控制，比例控制的加入必须满足环路在第一个-180°穿越频率处的增益始终小于0，在第二个-180°穿越频率处的增益始终大于0，据此获得比例系数的约束方程，求解得到的取值范围，以实现增益要求。
本发明的第三实施例提供了并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法。
本发明的第四实施例提供了可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序能够被该存储介质所在设备的处理器执行，以实现如上所述的并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法。
示例性地，本发明第三实施例和第四实施例中所述的计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述实现并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿设备中的执行过程。例如，本发明第二实施例中所述的装置。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法的控制中心，利用各种接口和线路连接整个所述实现对并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、文字转换功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、文字消息数据等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘、智能存储卡（Smart Media Card, SMC）、安全数字（SecureDigital, SD）卡、闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述实现的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法,其特征在于，包括：
将电流内环控制器和鲁棒性补偿环节的设计分为两个独立的环节，在预设的理想电网条件下，将所述电流内环控制器与有源阻尼方法进行结合，设计基于有源阻尼法的电流控制器,具体为：
选择准比例谐振控制器作为所述电流内环控制器，准比例谐振控制器的传递函数为:
其中，、/>分别为比例系数、谐振系数，/>为基波角频率，/>为谐振角频率，选取；
选择基于电容电流反馈的有源阻尼方法，通过采集电容电流反馈到准比例谐振控制器的输出端，经过控制延时，再送到逆变器的调制信号；
系统的开环传递函数在z域中的公式表示为：
其中，为准比例谐振控制器，/>为相位滞后补偿器，/>为并网逆变器调制波/>到并网电流/>在z域中的传递函数;
在所述理想电网条件下，对所述电流内环控制器和电容电流反馈有源阻尼的参数进行设计，对所述电流内环控制器进行离散化处理，采用零阶保持变换法对被控对象进行离散化，得到所述理想电网条件下经过有源阻尼和电流内环控制器补偿之后的开环伯德图；
分析并网逆变器中LCL滤波器的谐振频率随电网阻抗的变化情况，运用Nyquist稳定性判据分析逆变器对电网阻抗的鲁棒性，具体为：
建立并网逆变系统随电网阻抗变化的开环bode图，运用Nyquist稳定性判据分析谐振频率随电网阻抗的变化情况，Nyquist稳定性判据如下式所示：
其中，表示开环增益的右半s平面的极点数，它映射到z域中表示单位圆外的极点数，表示正穿越次数；/>表示负穿越次数；
在弱电网下对补偿环节进行鲁棒性设计，引入比例控制器和相位滞后补偿器，在考虑电网阻抗宽范围变化的情况下，依次对比例系数和相位滞后补偿器的参数进行设计，具体为：
在环路中引入相位滞后，使谐振频率原本的相位滞后；
加入比例系数，增大环路在谐振频率处的增益，以抬高幅频曲线使负增益变为正增益，使得；
相位滞后补偿器在z域下的传递函数的公式表示为：
其中，表示/>的零点，取值范围为/>，/>的频率响应随/>值的不同而变化；
的频率响应/>和相频响应/>的表达式为：
在预设频率下，为采样频率，调整零点/>，以实现所需的相位滞后；
当判断到所需的滞后相位在电网阻抗最大值时达到预设最大值时，假设经过相位滞后补偿后的谐振频率由变为/>，其中,/>为补偿前对应的谐振频率，/>为补偿前开环传递函数在电网阻抗最大值时环路增益为0dB对应的频率，/>、/>可计算为已知值，同时，在/>、/>处对应的相位同样可计算为/>、/>，则由/>变为/>需要相位滞后补偿器提供的相位滞后；
引入比例控制，比例控制的加入必须满足环路在第一个-180°穿越频率处的增益始终小于0，在第二个-180°穿越频率处的增益始终大于0，据此获得比例系数的约束方程，求解得到的取值范围，以实现增益要求。
2.并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿装置，其特征在于，包括：
控制器设计单元，用于将电流内环控制器和鲁棒性补偿环节的设计分为两个独立的环节，在预设的理想电网条件下，将所述电流内环控制器与有源阻尼方法进行结合，设计基于有源阻尼法的电流控制器，具体为：
选择准比例谐振控制器作为所述电流内环控制器，准比例谐振控制器的传递函数为:
其中，、/>分别为比例系数、谐振系数，/>为基波角频率，/>为谐振角频率，选取；
选择基于电容电流反馈的有源阻尼方法，通过采集电容电流反馈到准比例谐振控制器的输出端，经过控制延时，再送到逆变器的调制信号；
系统的开环传递函数在z域中的公式表示为：
其中，为准比例谐振控制器，/>为相位滞后补偿器，/>为并网逆变器调制波/>到并网电流/>在z域中的传递函数;
在所述理想电网条件下，对所述电流内环控制器和电容电流反馈有源阻尼的参数进行设计，对所述电流内环控制器进行离散化处理，采用零阶保持变换法对被控对象进行离散化，得到所述理想电网条件下经过有源阻尼和电流内环控制器补偿之后的开环伯德图；
鲁棒性分析单元，用于分析并网逆变器中LCL滤波器的谐振频率随电网阻抗的变化情况，运用Nyquist稳定性判据分析逆变器对电网阻抗的鲁棒性，具体为：
建立并网逆变系统随电网阻抗变化的开环bode图，运用Nyquist稳定性判据分析谐振频率随电网阻抗的变化情况，Nyquist稳定性判据如下式所示：
其中，表示开环增益的右半s平面的极点数，它映射到z域中表示单位圆外的极点数，表示正穿越次数；/>表示负穿越次数；
参数设计调整单元，用于在弱电网下对补偿环节进行鲁棒性设计，引入比例控制器和相位滞后补偿器，在考虑电网阻抗宽范围变化的情况下，依次对比例系数和相位滞后补偿器的参数进行设计，具体为：
在环路中引入相位滞后，使谐振频率原本的相位滞后；
加入比例系数，增大环路在谐振频率处的增益，以抬高幅频曲线使负增益变为正增益，使得；
相位滞后补偿器在z域下的传递函数的公式表示为：
其中，表示/>的零点，取值范围为/>，/>的频率响应随/>值的不同而变化；
的频率响应/>和相频响应/>的表达式为：
在预设频率下，为采样频率，调整零点/>，以实现所需的相位滞后；
当判断到所需的滞后相位在电网阻抗最大值时达到预设最大值时，假设经过相位滞后补偿后的谐振频率由变为/>，其中,/>为补偿前对应的谐振频率，/>为补偿前开环传递函数在电网阻抗最大值时环路增益为0dB对应的频率，/>、/>可计算为已知值，同时，在/>、/>处对应的相位同样可计算为/>、/>，则由/>变为/>需要相位滞后补偿器提供的相位滞后；
引入比例控制，比例控制的加入必须满足环路在第一个-180°穿越频率处的增益始终小于0，在第二个-180°穿越频率处的增益始终大于0，据此获得比例系数的约束方程，求解得到的取值范围，以实现增益要求。
3.并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述的并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法。
4.可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序能够被该存储介质所在设备的处理器执行，以实现如权利要求1所述的并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410335788.5A CN117937608B (zh) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | 并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法、装置、设备及介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410335788.5A CN117937608B (zh) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | 并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法、装置、设备及介质 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117937608A CN117937608A (zh) | 2024-04-26 |
| CN117937608B true CN117937608B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=90757779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410335788.5A Active CN117937608B (zh) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | 并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法、装置、设备及介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117937608B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103560690A (zh) * | 2013-11-07 | 2014-02-05 | 湖南大学 | 一种单相lcl型并网逆变器谐波阻尼控制方法 |
| CN106451494A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-02-22 | 西安交通大学 | 一种基于网侧电流反馈的有源阻尼控制方法 |
| CN106936134A (zh) * | 2015-12-30 | 2017-07-07 | 西门子电气传动有限公司 | 有源阻尼lcl滤波器、有源阻尼控制装置、方法和系统 |
| 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 |
| CN115189398A (zh) * | 2022-07-12 | 2022-10-14 | 湖南工业大学 | 一种拓宽并网逆变器稳定运行区域的方法及光伏并网系统 |
| CN117318079A (zh) * | 2023-09-11 | 2023-12-29 | 上海电力大学 | 一种基于lcllc滤波的三电平并联静止无功发生器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220077688A1 (en) * | 2019-12-01 | 2022-03-10 | Juan Felipe Patarroyo | Integrated power sharing control method for three-phase inverter-based generators with applications in microgrids |
-
2024
- 2024-03-22 CN CN202410335788.5A patent/CN117937608B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103560690A (zh) * | 2013-11-07 | 2014-02-05 | 湖南大学 | 一种单相lcl型并网逆变器谐波阻尼控制方法 |
| CN106936134A (zh) * | 2015-12-30 | 2017-07-07 | 西门子电气传动有限公司 | 有源阻尼lcl滤波器、有源阻尼控制装置、方法和系统 |
| CN106451494A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-02-22 | 西安交通大学 | 一种基于网侧电流反馈的有源阻尼控制方法 |
| 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 |
| CN115189398A (zh) * | 2022-07-12 | 2022-10-14 | 湖南工业大学 | 一种拓宽并网逆变器稳定运行区域的方法及光伏并网系统 |
| CN117318079A (zh) * | 2023-09-11 | 2023-12-29 | 上海电力大学 | 一种基于lcllc滤波的三电平并联静止无功发生器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117937608A (zh) | 2024-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Improved repetitive control scheme for grid‐connected inverter with frequency adaptation | |
| CN109888822B (zh) | 基于滑模控制的lcl型并网三相逆变器控制方法和系统 | |
| Liu et al. | Passivity based damping design for grid-connected converter with improved stability | |
| Dellahi et al. | Three‐phase four‐wire shunt active power filter based on the SOGI filter and Lyapunov function for DC bus control | |
| Vieira Hollweg et al. | Adaptive super-twisting sliding mode for DC-AC converters in very weak grids | |
| CN114865633A (zh) | 一种自适应准pr有源阻尼低频率谐波抑制方法 | |
| Hosseinpour et al. | A step-by-step design procedure of a robust control design for grid-connected inverter by LCL filter in a weak and harmonically distorted grid | |
| Jo et al. | Design of effective passive damping resistor of grid-connected inverter with LCL filter for industrial applications | |
| CN114142715A (zh) | 大功率并联逆变器共模谐振环流抑制方法及系统 | |
| CN117937608B (zh) | 并网逆变器的阻抗鲁棒性补偿方法、装置、设备及介质 | |
| WO2023236624A1 (zh) | 一种并联apf的控制方法及装置 | |
| Wan et al. | An Improved Active Damping Method Based on Single‐Loop Inverter Current Control for LCL Resonance in Grid‐Connected Inverters | |
| CN113690944B (zh) | 一种用于逆变器的预测型离散复变量谐振控制方法 | |
| Sgrò et al. | Nonlinear current control strategy for grid-connected voltage source converters | |
| Zhang et al. | An active high frequency damping scheme for the current control of L filter-based grid-connected inverter | |
| CN114172344A (zh) | Pwm拓扑控制方法及装置、供电系统 | |
| CN110995044B (zh) | 一种功率开关器件非线性修正装置 | |
| KR102367501B1 (ko) | 계통 연계형 전력변환장치의 제어장치 | |
| Gao et al. | Passivity-Based Design of Resonant Current Controllers Without Involving Partial Derivative | |
| Pang et al. | Damping control of high‐frequency resonance based on voltage feedforward for voltage source converter under a parallel compensated grid | |
| CN113224793A (zh) | 微电网多逆变器并联自适应谐波阻抗重塑控制方法及系统 | |
| Hajbani et al. | A novel Lyapunov-based robust controller design for LCL-type shunt active power filters using adaptive sliding-mode backstepping approach | |
| CN113258615A (zh) | 并网逆变器频率自适应控制方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN117559767B (zh) | 机电能量变换器参数整定优化方法、装置、设备及介质 | |
| CN112909915A (zh) | 一种直流电压控制系统稳定性分析方法和系统 |
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 |