基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制方法及装置，方法包括建立dq旋转坐标下的数学模型；引入电容电流有源反馈阻尼，得到等效被控对象数学模型，将其离散化得到z域数学模型；在电流内环比例负反馈和电网电压直接前馈的基础上，采用无限冲击响应滤波器方法设计离散扰动观测器的Q(z)滤波器，在扰动观测器的G

Control method and device of three-phase LCL inverter based on harmonic disturbance observer

【技术实现步骤摘要】
基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制方法及装置
本专利技术属于电气
，更具体地，涉及一种基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制方法及装置。
技术介绍
LCL型逆变器是分布式新能源发电、电能质量治理等领域的关键设备，其控制系统的设计主要目标是实现逆变器输出电流零静差跟踪、并网电流低次谐波含量低、动态响应快以及较强的鲁棒性等，而这些目标与开关管死区效应、电网电压畸变、参数摄动、控制系统延时等因素密切相关。因此，设计控制器时有必要克服各种不利因素的影响，保证LCL型逆变器系统具备良好的稳态和动态性能。在实际逆变器系统中，为了防止同桥臂开关管产生“直通”现象，需要在互补的PWM信号中插入死区时间td，然而，死区效应将会导致逆变器输出电流严重畸变，降低逆变器系统输出电流质量。另一方面，逆变器输出电流质量也受到电网电压质量的影响。实际配电网中，特别是一些偏远地区，可能存在电网电压畸变。采用L滤波器的电压前馈方法并不能消除电压畸变对输出电流的影响。事实上，死区效应、电网电压畸变、参数摄动等不利因素都可归结为逆变器系统的电压总扰动，可采用干扰观测器进行估计与补偿。干扰观测器在dq坐标下对参数摄动等扰动具有良好的抑制作用，然而对周期性扰动信号的抑制能力有待进一步研究与改进。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制方法及装置，旨在解决死区效应、电网电压畸变和参数摄动等扰动导致LCL逆变器输出电流畸变的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提供了一种基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制方法，包括以下步骤：步骤一、建立三相LCL型逆变器在dq旋转坐标下的数学模型；步骤二、在dq旋转坐标下的LCL型逆变器数学模型中引入电容电流有源反馈阻尼，得到三相LCL型逆变器等效被控对象数学模型，将其离散化得到z域数学模型；步骤三、在z域数学模型中，在电流内环比例负反馈和电网电压直接前馈的基础上，采用无限冲击响应滤波器方法设计离散扰动观测器的Q(z)滤波器，在扰动观测器的Gpn-1(s)通道和输出通道分别引入一阶低通滤波器和零相移低通滤波器以滤除高频噪声，在扰动观测器的输出引入2拍超前以补偿数字控制的时延；步骤四、将电流内环比例负反馈的输出减去扰动观测器的输出观测值，补偿LCL型逆变器中存在的扰动，从而得到高质量的逆变器输出电流。进一步地，步骤一所述的数学模型用公式表示为：其中，L1为变流器侧电感，L2为网侧电感，C为LCL滤波器电容。udq(s)、uCdq(s)和usdq(s)分别为逆变侧电压、滤波电容电压和电网电压在dq轴的分量，i1dq(s)、i2dq(s)为逆变侧电流和网侧电流在dq轴的分量，ω为系统基频角频率。进一步地，步骤二所述的电容电流有源反馈阻尼为LCL逆变器电容电流乘以阻尼Kc。z域数学模型表达式为：其中，Ts为采样周期，Kc为电容电流有源阻尼，ωr为LCL谐振角频率。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制装置，包括：电流内环比例控制调节器，用于控制输出电流跟踪指令值；Q(z)滤波器，用于跟踪交流周期性扰动信号；零相移低通滤波器，用于滤除信号中的高频噪声；2拍超前延时补偿器，用于补偿数字控制的2拍延时；一阶低通滤波器，用于抑制Gpn-1(s)通道对噪声的放大。进一步地，Q(z)滤波器表达式为：其中，α为Q(z)滤波器系数，且0<α<1，N＝fs/f，fs为采样频率，f为基频。进一步地，零相移低通滤波器和延时补偿器用公式表示为：进一步地，一阶低通滤波器抑制Gpn-1(s)通道对噪声的放大用公式表示为：其中，τ为一阶低通滤波器的时间常数，L1为变流器侧电感，L2为网侧电感。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本专利技术提供的基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制方法，通过扰动观测器对扰动的估计与补偿，相比与传统的方法，对死区效应、电网电压畸变和参数摄动等扰动补偿精度高，提升LCL型逆变器输出电流质量，提高了对指令电流稳态跟踪性能；2、相比与传统的死区补偿方法，本专利技术提供的基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制方法不需要增加专门的相电流极性硬件检测电路。附图说明图1是本专利技术实施例提供的三相LCL型逆变器的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器的控制框图；图3是现有技术采用PI控制的LCL型逆变器输出电流仿真图；图4为本专利技术实施例提供的基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制的仿真图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制方法，如图1所示，系统包括三相逆变器、与三相逆变器的逆变侧连接的LCL型滤波器及与三相逆变器的控制端连接的控制器，本实施例的LCL滤波器参数为：逆变侧电感L1为1mH，网侧电感L2为0.6mH，滤波电容Cf为20uF，设置死区时间td为4us。控制方法如图2所示，包括以下步骤：步骤一、建立三相LCL型逆变器在dq旋转坐标下的数学模型；步骤二、在dq旋转坐标下的LCL型逆变器数学模型中引入电容电流有源反馈阻尼，得到三相LCL型逆变器等效被控对象数学模型，将其离散化得到z域数学模型；步骤三、在z域数学模型中，在电流内环比例负反馈和电网电压直接前馈的基础上，采用无限冲击响应滤波器方法设计离散扰动观测器的Q(z)滤波器，在扰动观测器的Gpn-1(s)通道和输出通道分别引入一阶低通滤波器和零相移低通滤波器以滤除高频噪声，在扰动观测器的输出引入2拍超前以补偿数字控制的时延；步骤四、将电流内环比例负反馈的输出减去扰动观测器的输出观测值，补偿LCL型逆变器中存在的扰动，从而得到高质量的逆变器输出电流。进一步地，步骤一所述的数学模型用公式表示为：其中，L1为变流器侧电感，L2为网侧电感，C为LCL滤波器电容。udq(s)、uCdq(s)和usdq(s)分别为逆变侧电压、滤波电容电压和电网电压在dq轴的分量，i1dq(s)、i2dq(s)为逆变侧电流和网侧电流在dq轴的分量，ω为系统基频角频率。进一步地，步骤二所述的电容电流有源反馈阻尼为LCL逆变器电容电流乘以阻尼Kc。z域数学模型表达式为：其中，Ts为采样周期，Kc为电容电流有源阻尼，ωr为LCL谐振角频率。按照本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、建立三相LCL型逆变器在dq旋转坐标下的数学模型；/n步骤二、在所述dq旋转坐标下的LCL型逆变器数学模型中引入电容电流有源反馈阻尼，得到三相LCL型逆变器等效被控对象数学模型，将其离散化得到z域数学模型；/n步骤三、在所述z域数学模型中的电流内环比例负反馈和电网电压直接前馈的基础上，采用无限冲击响应滤波器方法设计离散扰动观测器的Q(z)滤波器，在扰动观测器的G

【技术特征摘要】
1.一种基于谐波干扰观测器的三相LCL型逆变器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、建立三相LCL型逆变器在dq旋转坐标下的数学模型；
步骤二、在所述dq旋转坐标下的LCL型逆变器数学模型中引入电容电流有源反馈阻尼，得到三相LCL型逆变器等效被控对象数学模型，将其离散化得到z域数学模型；
步骤三、在所述z域数学模型中的电流内环比例负反馈和电网电压直接前馈的基础上，采用无限冲击响应滤波器方法设计离散扰动观测器的Q(z)滤波器，在扰动观测器的Gpn-1(s)通道和输出通道分别引入一阶低通滤波器和零相移低通滤波器以滤除高频噪声，在扰动观测器的输出引入2拍超前以补偿数字控制的时延；
步骤四、将电流内环比例负反馈的输出减去扰动观测器的输出观测值，补偿LCL型逆变器中存在的扰动，从而得到高质量的逆变器输出电流。


2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤一所述的数学模型用公式表示为：



其中，L1为变流器侧电感，L2为网侧电感，C为LCL滤波器电容。udq(s)、uCdq(s)和usdq(s)分别为逆变侧电压、滤波电容电压和电网电压在dq轴的分量，i1dq(s)、i2dq(s)为逆变侧电流和网侧电流在dq轴的分量，ω为系统基频角频率。


3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤二所述的电容电流有源反馈阻尼为...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹项根，赖锦木，戚振宇，陈卫，王祯，姜新宇，尹昕，
申请(专利权)人：华中科技大学，广州智光电气股份有限公司，长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42