本发明专利技术公开了一种基于电容电压反馈的LCL‑LC并网系统控制器参数以及有源阻尼参数设计方法。该方法在考虑控制延时的基础上，以保证系统稳定性的相位裕度(PM)、幅值裕度(GM)和幅值误差(EA)为限制线，构造合理的参数选择域并从中选出合理的控制器参数与有源阻尼系数。采用该方法可以有效的抑制LCL‑LC滤波器的谐振，使光伏并网系统的稳定性和动态响应性能得到有效的提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统中的新能源分布式发电控制
，计及一种考虑了系统控制延时、电网阻抗适应性和电网扰动的LCL-LC型并网系统控制器以及有源阻尼参数设计方法，使得整个光伏并网系统具有较强的稳定性和鲁棒性。
技术介绍
全球日益增长的能源消耗极大地增加了风力、太阳能等可再生能源的需求。光伏并网逆变器作为光伏电池板和电网的衔接设备，其稳定性分析以及其与分布式发电系统之间的动态响应问题越来越受到广泛的关注。然而，光伏并网系统通常使用DC-DC与DC-AC两级式逆变器，导致输出电压中含有大量的谐波分量，使得注入电网的电流里面包含大量逆变器开关频率处的高次谐波。因此，需要在光伏并网逆变器和电网单元之间安装一个低通滤波器来减小注入电网公共连接点(PointofCommonCoupling，PCC)的高次谐波。传统L型滤波器需要较大的滤波电感才能满足入网电流的总畸变率指标，因此大大增加了系统成本，降低了电流环的响应速度。和L型滤波器相比，LCL型滤波器具有较强的高频谐波抑制能力，但在某些特定频次的谐波表现的阻抗接近于零。相比于LCL型滤波器，LLCL型滤波器在逆变器侧电感相同的前提下效率更高且控制更为简单，但削弱多个谐振峰值需要多个LC支路，整体设计会变得更加复杂。最新提出的LCL-LC型滤波器结合了LCL和LLCL型滤波器的优点，可以将开关频率处的谐波电流旁路，因此具有更好的滤波性能。同时，LCL-LC型滤波器成本较低，更适用于大容量的光伏并网系统，具有十分广阔的发展前景。基于LCL-LC滤波器的并网逆变系统由于参数过多，各参数间关系复杂而较难设计。申请公布号为CN103825438A的中国专利提出了一种LCL-LC型滤波器主电路的参数设计方法，但对系统控制参数以及滤波器有源阻尼的设计方法并未提及。此外，ChenLeiBao等人在IEEETransactionsonPowerElectronics发表的题为《Step-by-StepcontrollerdesignforLCL-typegrid-connectedinverterwithcapacitor-current-feedbackactive-damping》的文章提出一种利用电容电流反馈的控制器分步设计方法，这种基于LCL型滤波器系统参数设计方法虽然简洁易懂，却没有考虑控制延时对系统的影响；FeiLi等人在IEEETransactionsonPowerElectronics发表的题为《AnLCL-LCfilterforgrid-connectedconverter:topology,parameter,andanalysis》的文章中提出解耦LCL-LC型滤波器，将LCL-LC型滤波器的参数设计分解为传统的LCL滤波器参数设计和LC支路的参数设计，但是这种方法仍然只涉及了LCL-LC型滤波器主电路参数设计而并没有解决控制参数设计的问题。因此有必要研究一种符合电网实际情况并且具有强鲁棒性的LCL-LC型光伏并网逆变器有源阻尼参数设计方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是，克服现有技术的不足，提出一种计及系统控制延时、电网阻抗适应性和电网扰动的LCL-LC型光伏并网逆变器有源阻尼参数设计方法，使得整个光伏并网系统具有较强的稳定性和鲁棒性。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的具体技术方案为：提供一种基于电容电压反馈的LCL-LC型光伏并网逆变器控制器参数以及有源阻尼参数设计方法。该方法在考虑控制延时的基础上，以能够保证系统稳定性的相角裕度(PM)、幅值裕度(GM)和幅值误差(EA)为限制线，构造合理的参数域，以便从中选出合理的参数。具体包括如下步骤：S1，在考虑控制延时的基础上，建立基于电容电压反馈的LCL-LC型光伏并网逆变器控制电路的数学模型；利用得出的数学模型获取比例谐振(ProportionalResonant，PR)控制器的参数Kp和Kr的相关表达式。S2，建立光伏并网逆变器系统截止频率fc与比例阻尼系数Kuc的数学模型；以保证系统稳定性的PM、GM和EA为限制条件，利用数学模型找出符合条件的fc与Kuc参数域，并从中选出合适的fc与Kuc值。S3，根据S2中获得的fc与Kuc值并利用S1中Kp和Kr的相关表达式，最终计算得到Kp和Kr。S4，校验所设计的参数。进一步地，步骤S1中建立基于电容电压反馈的LCL-LC型光伏并网逆变器控制电路的数学模型并获取PR控制器的参数Kp和Kr的数学表达式的具体步骤为：在LCL-LC型光伏并网逆变器中，主电路的开环传递函数和PR控制器的传递函数分别可以表示为：GL(s)=Gc(s)Gd(s)KPWM(1+LrCrs2)s5L1L2LrCrCf+s3(D1+D2+LrCrL2KucGd(s)KPWM)+s(KucGd(s)KPWML2+L1+L2)---(1)]]>Gc(s)=Kp+Kr2ωcss2+2ωcs+ω02---(2)]]>其中，L1为LCL-LC型光伏并网逆变器的逆变侧电感值，L2为LCL-LC型光伏并网逆变器的网侧电感值，Lr为LCL-LC型光伏并网逆变器的串联谐振电路电感值，Cf为LCL-LC型光伏并网逆变器的滤波电容值，Cr为LCL-LC型光伏并网逆变器的串联谐振电路电容值。KPWM为PWM整流器的传递函数，可定义为Udc/Utri,其中Udc为直流母线电压，Utri为三角载波电压幅值。D1和D2的表达式分别为：D1＝L1L2(Cr+Cf)(3)D2＝LrCr(L1+L2)(4)Gd(s)为系统的控制延时，包含了计算延时、采样连续逼近和PWM延时。此外，零阶保持器会引入大约0.5倍采样时间的延时环节，因此Gd(s)可表达为：Gd(s)=e-1.5s·Ts---(5)]]>并网逆变器的稳态误差包括幅值误差EA和相位误差δ，PR控制器可以消除基波频率f0处的静态误差，即相位误差可以忽略不计，因此，在基波频率f0处，幅值误差EA和PR控制器的传递函数可以分别表示为：EA=|1Gc(j2πf0)|·Vg(Kuc+1)IrefKPWM---(6)]]>Gc(j2πf0)≈Kp+Kr(7)其中，Vg为三相整流器的三相线电压，Iref为参考电流幅值，Kuc为控制器比例阻尼系数。则由式(6)和式(7)可以得到Kr的数学表达式为：Kr=Vg(Kuc+1)EAIrefKPWM-Kp---(8)]]>当截止频率fc的值大于10倍基波频率的值时，PR控制器在不小于截止频率fc的频率处的幅值可以近似为Kp，因此，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于电容电压反馈的LCL‑LC并网系统有源阻尼参数以及控制器参数设计方法。
【技术特征摘要】
1.一种基于电容电压反馈的LCL-LC并网系统有源阻尼参数以及控制器参数设计方法。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于建立基于电容电压反馈的LCL-LC型光伏并网逆变器控制电路的数学模型，其主电路的开环传递函数和PR控制器的传递函数分别可以表示为
其中，L1为LCL-LC型光伏并网逆变器的逆变侧电感值，L2为LCL-LC型光伏并网逆变器的网侧电感值，Lr为LCL-LC型光伏并网逆变器的串联谐振电路电感值，Cf为LCL-LC型光伏并网逆变器的滤波电容值，Cr为LCL-LC型光伏并网逆变器的串联谐振电路电容值，KPWM为PWM整流器的传递函数，可定义为Udc/Utri,其中Udc为直流母线电压，Utri为三角载波电压幅值，D1和D2的表达式分别为
D1＝L1L2(Cr+Cf)(3)
D2＝LrCr(L1+L2)(4)
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于Gd(s)为系统的控制延时，包含了计算延时、采样连续逼近和PWM延时，此外，零阶保持器会引入大约0.5倍采样时间的延时环节，因此Gd(s)可表达为
并网逆变器的稳态误差包括幅值误差EA和相位误差δ，PR控制器可以消除基波频率f0处的静态误差，即相位误差可以忽略不计，因此，在基波频率f0处，幅值误差EA和PR控制器的传递函数可以分别表示为
Gc(j2πf0)≈Kp+Kr(7)
其中，Vg为三相整流器的三相线电压，Iref为参考电流幅值，Kuc为控制器比例阻尼系数，则由式(6)和式(7)可以得到Kr的数学表达式为
当截止频率fc的值大于10倍基波频率的值时，PR控制器在不小于截止频率fc的频率处的幅值可以近似为Kp，因此，Kp可以表示为
式中，Vg为三相线电压，Iref为参考电流幅值，EA为系统稳态误差。
4.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于选择合理的系统稳定指标与性能指标：...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩杨，李自鹏，赵玉龙，杨平，熊静琪，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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