微电网逆变器弱约束容性阻抗控制方法及其输出滤波电路技术

本发明专利技术公开了一种微电网逆变器弱约束容性阻抗控制方法及其输出滤波电路，将输出滤波电路中的滤波电容裂解成两个并联的等效滤波电容C1和C2，增加比例系数β，C1=βC，C2=（1-β）C，β=                                               ，取两个裂解等效电容之间的电流信号i12作为滤波电路输出电流的采样信号，并将其作为容性等效输出阻抗逆变器控制器的阻抗控制环的反馈电流信号，同时取C2两端的电压uo作为电压控制环的反馈电压；设置L2远远小于L，电压参考值给定为230V工频交流信号，且引入虚拟阻抗控制器。本发明专利技术微电网逆变器弱约束容性阻抗控制方法，改变了传统仅从控制策略入手的思路，避免了过强的约束对阻抗控制精度的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统，具体涉及微电网逆变器弱约束容性阻抗控制方法及其输出滤波电路。
技术介绍
分布式发电作为优化能源结构和实现节能减排的关键技术之一，受到世界各国的广泛关注。近年来，由于国家倾斜性政策的支持，分布式发电呈现爆发式发展态势。然而，高渗透率的分布式电源，特别是光伏、风电等具有随机性和间歇性特点的分布式电源，大量接入住宅家庭、办公楼宇等配电网末端时，会造成配电网和分布式电源自身稳定性和可靠性等方面的一系列严重问题。微电网技术能够实现分布式电源与大电网的协调和互为支撑，是发挥分布式发电系统技术优势的最有效方式。一般情况下，发电网络承载更多的是阻感性负载，一般逆变器等效输出阻抗为阻感性。当阻感性电机冲击负荷和非线性负荷大量接入微网时，负荷功率或者交换功率需求增大或快速波动，逆变器电压暂升或暂降。阻感性逆变器会加剧电压波动，而容性逆变器具备类似无功补偿器的倾斜特性，即随着负荷功率或者交换功率需求增大或者快速波动，逆变器电压暂降或暂升，这种特性有利于微网电压的稳定以及改善电压偏移。然而，现有逆变器输出阻抗控制方法中，特别是将逆变器输出阻抗设置为电容时，均需要设置“输出电感或线路阻抗足够小”（即将输出滤波器电感和线路阻抗均忽略掉）等假设，这些假设对于微电网中的电压型逆变器而言，其约束条件过强，难以满足工程实际的设计要求。
技术实现思路
本专利技术旨在避免过强的约束对阻抗控制精度的影响，提供一种综合考虑硬件设计、采样方案以及阻抗控制策略的微电网逆变器的弱约束容性阻抗控制方法及其输出滤波电路。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种微电网逆变器弱约束容性阻抗控制方法，包括如下步骤：（1）将输出滤波电路中的滤波电容裂解成两个并联的等效滤波电容，增加比例系数β，裂解的两个等效滤波电容分别为C1=βC，C2=（1-β）C，β=的步骤；其中，C为等效滤波电容，L为逆变器侧电抗器的等效电感，L2为LCL滤波器中网侧电抗器的等效电感，Lg为连接线缆等效电感；（2）取两个裂解等效电容之间的电流信号作为滤波电路输出电流的采样信号，并将其作为容性等效输出阻抗逆变器控制器的阻抗控制环的反馈电流信号，同时取C2两端的电压作为电压控制环的反馈电压的步骤；（3）设置L2远远小于L，电压参考值给定为230V工频交流信号，且引入虚拟阻抗控制器G2，并令虚拟阻抗控制器的步骤；其中，Gu为电压控制器，kpwm为逆变器环节。本专利技术还公开了一种微电网逆变器输出滤波电路，包括相互串联的逆变器侧电抗器的等效电阻（r）和电感（L），互相串联的滤波器中网侧电抗器的等效电阻（r2）、电感（L2）和连接线缆等效电阻（rg）、电感（Lg），以及连接在逆变器侧电抗器的等效电感（L）和滤波器中网侧电抗器的等效电感（L2）之间的滤波电容，所述滤波电容裂解成两个并联的滤波电容。进一步地，增加比例系数β，裂解的两个并联的等效滤波电容分别为C1=βC，C2=（1-β）C，β=，其中，C为等效滤波电容。进一步地，取两个裂解等效电容之间的电流信号（i12）作为滤波电路输出电流的采样信号，并将其作为容性等效输出阻抗逆变器控制器的阻抗控制环的反馈电流信号，同时取C2两端的电压作为电压控制环的反馈电压。本专利技术改变了传统仅从控制策略入手的思路，从扩大阻抗控制解空间的角度考虑，综合考虑逆变器软、硬件的所有可控自由度，在虚拟阻抗控制策略研究基础上，分析逆变器输出滤波电路、采样点选取和控制策略等所有影响阻抗控制的软硬件关键环节，求取硬件电路和控制系统的最佳组合，提出了微电网逆变器弱约束容性阻抗控制方法及其输出滤波电路。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细阐述：图1示出了本专利技术微电网逆变器中输出滤波电路的结构示意图。图2示出了容性等效输出阻抗逆变器控制器的电压控制环和阻抗控制环示意图。图3示出了本专利技术微电网逆变器弱约束容性阻抗控制框图。图4示出了仿真时间t=0s时刻容性逆变器输出电压有效值的仿真波形。图5示出了仿真时间t=3s时刻容性逆变器输出电压有效值的仿真波形。图6示出了仿真时间t=5s时刻容性逆变器输出电压有效值的仿真波形。图7示出了仿真时间t=0s时刻感性逆变器输出电压有效值的仿真波形。图8示出了仿真时间t=3s时刻感性逆变器输出电压有效值的仿真波形。图9示出了仿真时间t=5s时刻感性逆变器输出电压有效值的仿真波形。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例1：如图1所示，本专利技术微电网逆变器的输出滤波电路即LCL滤波电路中，将滤波电容裂解成两个并联的滤波电容，即图1中C1和C2，形成LCCL滤波电路。图中，Vi为逆变器输出电压，i12表示为两个裂解滤波电容之间的电流，iL表示为流经滤波电感L的电流，uo为滤波电容两端的电压，io为输出电流，Lg、rg为连接线缆等效电感和电阻，L、r为逆变器侧电抗器的等效电感和电阻，L2、r2为LCL滤波器中网侧电抗器的等效电感和电阻。取裂解点电流i12为阻抗控制环的反馈电流，C2两端的电压uo为电压外环的反馈电压，如图2所示，图中，uref为逆变器给定的参考电压，ur为阻抗控制环参考电压。增加比例系数β，确定两个电容的参数值，即C1=βC，C2=（1-β）C；则C1和C2并联等效阻抗为1/Cs，则逆变器输出电压的传递函数Vi(s)如下式所示：从逆变器输出电压Vi到采样电流i12的传递函数为：设L′=L+L2+Lg，r′=r+r2+rg，且令，r=α(r+r2+rg)，则同理可得，结合式（3），则又由拓扑结构得，i12和io有如下关系：把式（6）代入式（5），可得令，即β=，，则可见，本专利技术微电网逆变器的输出滤波电路将滤波电容裂解成两个并联的等效电容，并增加了一个可控自由度β，合理选择采样电流i12，再加上可控自由度β的合理配置，可以使得逆变器输出电压Vi到采样电流i12的传递函数从三阶降为一阶传函，等效为采用L滤波的传函，简化控制系统的设计。但实际上还是三阶滤波器的效果。图3为本专利技术微电网逆变器弱约束容性阻抗控制框图。图中，uref为逆变器给定的参考电压，io为输出电流，G2为阻抗控制器，Gu为电压控制器，kpwm为逆变器环节。根据该图，得到反馈电流i12(s)对桥臂电压ui(s)的传递函数为另外，当α足够大（接近于1）时，L2<<L，因此，L2上的电压降可以忽略，逆变器的输出电压可等效为电容端输出电压uo，由图3可得系统输出电压的传递函数为：当电压参考值给定为零时，可得逆变器输出阻抗为若引入虚拟阻抗控制器G2，并令虚拟阻抗控制器G2为则。综上所述，结合阻抗控制，输出阻抗由于存在由裂解电容产生的一个可控自由度β的缘故，可以巧妙的设计阻抗控制器以及电压控制器，使得逆变器输出阻抗等效成容性，且输出电压的多次反馈，可提高逆变器的电压控制能力。根据式(1)-(12)，本专利技术提出的弱约束条件容性阻抗控制方法具有以下技术优势：1)能够使控制内环由三阶降为一阶，即在阻抗内环中输出滤波电路等效为仅有滤波电感L的一阶传函，大大简化了阻抗内环的设计难度，同时逆变器的电流纹波仍然通过LCL三阶滤波电路进行高频抑制；2）由于将滤波电路、采样方案和控制器设计综合考虑，并增加了控制自由度β，使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微电网逆变器弱约束容性阻抗控制方法，其特征在于：包括如下步骤:（1）将输出滤波电路中的滤波电容裂解成两个并联的等效滤波电容，增加比例系数β，裂解的两个等效滤波电容分别为C1=βC，C2=（1‑β）C，β=的步骤；其中，C为等效滤波电容，L为逆变器侧电抗器的等效电感，L2为LCL滤波器中网侧电抗器的等效电感，Lg为连接线缆等效电感；（2）取两个裂解等效电容之间的电流信号作为滤波电路输出电流的采样信号，并将其作为容性等效输出阻抗逆变器控制器的阻抗控制环的反馈电流信号，同时取C2两端的电压作为电压控制环的反馈电压的步骤；（3）设置L2远远小于L，电压参考值给定为230V工频交流信号，且引入虚拟阻抗控制器G2，并令虚拟阻抗控制器的步骤；其中，Gu为电压控制器，kpwm为逆变器环节。

【技术特征摘要】
1.一种微电网逆变器弱约束容性阻抗控制方法，其特征在于：包括如下步骤:（1）将输出滤波电路中的滤波电容裂解成两个并联的等效滤波电容，增加比例系数β，裂解的两个等效滤波电容分别为C1=βC，C2=（1-β）C，β=的步骤；其中，C为等效滤波电容，L为逆变器侧电抗器的等效电感，L2为LCL滤波器中网侧电抗器的等效电感，Lg为连接线缆等效电感；（2）取两个裂解等效电容之间的电流信号作为滤波电路输出电流的采样信号，并将其作为容性等效输出阻抗逆变器控制器的阻抗控制环的反馈电流信号，同时取C2两端的电压作为电压控制环的反馈电压的步骤；（3）设置L2远远小于L，电压参考值给定为230V工频交流信号，且引入虚拟阻抗控制器G2，并令虚拟阻抗控制器的步骤；其中，Gu为电压控制器，kpwm为逆变器环节。2.一种微电网逆变器输出滤波电路，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晶荣，郑玉芳，曹小明，徐勇，
申请(专利权)人：湖南湖大华翔智能电网科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43