弱电网下LCL型并网逆变器的稳定性组合控制方法技术

本发明专利技术涉及并网逆变器技术领域，具体地说，涉及一种弱电网下LCL型并网逆变器的稳定性组合控制方法，其包括以下步骤：一、建立三相LCL并网逆变器系统的数学模型；二、使用多谐振控制器以抑制背景谐波干扰，并且在增益环路处串联相位补偿器以提高系统的相位裕度，同时采用并网电流有源阻尼前馈，减少使用高精度的电流传感器。本发明专利技术有效提高了电流质量，增强了并网系统在弱电网环境下的稳定性。并网系统在弱电网环境下的稳定性。并网系统在弱电网环境下的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
弱电网下LCL型并网逆变器的稳定性组合控制方法


[0001]本专利技术涉及并网逆变器
，具体地说，涉及一种弱电网下LCL型并网逆变器的稳定性组合控制方法。

技术介绍

[0002]随着可持续发展的理念逐步贯彻，利用可再生能源的技术不断优化，分布式发电作为利用可再生能源的重要方式，已经成为当今电力领域的研究热点。并网逆变器作为连接分布式电源与电网之间的重要装置，在分布式发电领域发挥着重要作用。LCL滤波器具有所占空间小，抑制谐波能力强等优点，因此被广泛应用于并网逆变器中。
[0003]由于分布式电源规模逐渐增大，且分布范围较广，电网的阻抗特性逐渐呈现感性，同时包含丰富的背景谐波，呈现出弱电网的特征。在弱电网环境下， LCL型并网逆变器系统的谐振频率会发生波动，从而引发并网电流谐波畸变，系统稳定裕度下降等问题，给系统的稳定带来很大挑战，这就对并网逆变器的控制策略提出了更严格的要求。
[0004]针对LCL滤波器的阻尼方法可分为无源阻尼和有源阻尼方法，有文献对这两大类方法进行了讨论。电容电流反馈有源阻尼具有简单高效等特点，因此得到了广泛关注。有文献将电容电流反馈与滤波电容并联构成虚拟阻抗，结构简单，能够有效抑制LCL谐振，但需要较多高精度传感器，系统成本偏高。为减少传感器的使用，有文献提出一种单个电网电流反馈的高通滤波器(HPF)有源阻尼技术，但未考虑到弱电网环境下电网阻抗变大以及谐振频率波动等带来的影响。
[0005]由于电网中非线性负载广泛存在，电网电压中含有丰富的背景谐波。为了保证并网逆变器输出给电网的电能质量，必须有效抑制电网电压背景谐波。多谐振控制器由于结构简单，运行可靠等优点被广泛应用。但是，在弱电网环境下，并网电流控制带宽会显著降低，如果多谐振控制器的谐振频率接近电流控制带宽时，会使得系统的相位裕度大幅下降，甚至造成系统失稳的情况。有文献提出采用相位补偿器的策略来解决数字控制延迟和电网阻抗等引起的系统稳定性问题。然而，如前文所述，这些策略也需要较多的高精度传感器，成本不菲。
[0006]综上所述，在考虑弱电网特性的情况下，现有的并网逆变器控制策略无法兼顾系统稳定性和传感器成本问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的内容是提供一种弱电网下LCL型并网逆变器的稳定性组合控制方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
[0008]根据本专利技术的弱电网下LCL型并网逆变器的稳定性组合控制方法，其包括以下步骤：
[0009]一、建立三相LCL并网逆变器系统的数学模型；
[0010]二、使用多谐振控制器以抑制背景谐波干扰，并且在增益环路处串联相位补偿器
以提高系统的相位裕度，同时采用并网电流有源阻尼前馈，减少使用高精度的电流传感器。
[0011]作为优选，步骤一中，三相LCL并网逆变器数学模型可表示为：
[0012][0013]LCL滤波器由逆变器侧电感L1、滤波电容C以及并网侧电感L2构成；L
g
为电网电感；I
1i
(i＝a,b,c)为逆变器输出电流；I
2i
(i＝a,b,c)为并网电流；U
i
(i＝a,b,c)为逆变器输出电压；U
ci
(i＝a,b,c)为电容电压；U
gi
(i＝a,b,c)为并网电压，a,b,c为三相。
[0014]作为优选，步骤二中，在三相LCL并网逆变器系统中加入有源阻尼前馈，记为k＝1/K
PWM
；其开环传递函数为：
[0015][0016]其中：
[0017]A1＝(s4+ω
h
s3)；A2＝(s2+ω
h
s)；A3＝k
h
s；
[0018]s为微分算子，ω
h
、k
h
为高通滤波器参数；
[0019]可得上述LCL的开环谐振频率f
ref
表达式为：
[0020][0021]其中，i
ref
(s)为给定电流参考值；K
PWM
为逆变桥增益，大小可等效为U
dc
/U
tri
，其中U
dc
为直流侧电压，U
tri
为三角载波幅值；G
d
(s)为系统延迟，由采样开关、离散化计算延时及PWM调制延时共同构成，取e
‑
1.5Tss
，T
s
为采样周期。
[0022]作为优选，步骤二中，有源阻尼前馈需要高通滤波器实现，高通滤波器采用一阶高通滤波器，传递函数G
hpf
为：
[0023][0024]式中，k
h
与ω
h
为高通滤波器的参数，其数量关系须满足下式：
[0025][0026]其中，k的取值范围为0.8～0.9；选取k＝0.85，L1＝3mH，L2＝3mH，谐振角频率ω
ref
则可由下式计算得到：
[0027][0028]可算出ω
ref
＝11547Hz；因此，可得一阶高通滤波器传递函数表达式为：
[0029][0030]作为优选，在三相LCL并网逆变器系统的有源阻尼前馈中添加多谐振控制器G
m
(s)；G
m
(s)由多个谐振控制器组成，在电网主要低次谐波频段可以保持幅值为0dB，而在其余频段保持幅值衰减的特性，从而抑制系统中的高次谐波，其表达式如下：
[0031][0032]式中：2m+1表示谐波频率的次数，m取整数1至4，ω
f
为谐波深度系数，取10π；ω0为控制器的基波角频率。
[0033]作为优选，步骤二中，在三相LCL并网逆变器系统的有源阻尼前馈中添加多谐振控制器G
m
(s)后，设函数G
k
(s)＝K
PWM
G
d
(s)，可得改进后的系统开环传递函数 G
iref
‑
i2
(s)为：
[0034][0035]G
r
(s)为准谐振控制函数，其中：
[0036]A1＝(s4+ω
h
s3)；A2＝(s2+ω
h
s)；A3＝k
h
G
k
(s)s；
[0037]可得系统开环谐振频率f
′
ref
表达式为：
[0038][0039]G
m
(s)为多谐振控制器函数。
[0040]作为优选，步骤二中，在增益环节串联相位补偿器G
p
(s)与多谐振控制器进行组合，表达式为：
[0041][0042]式中α、m、n均为补偿器参数；
[0043]可得基于组合控制策略的系统开环传递函数为：
[0044][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.弱电网下LCL型并网逆变器的稳定性组合控制方法，其特征在于：包括以下步骤：一、建立三相LCL并网逆变器系统的数学模型；二、使用多谐振控制器以抑制背景谐波干扰，并且在增益环路处串联相位补偿器以提高系统的相位裕度，同时采用并网电流有源阻尼前馈，减少使用高精度的电流传感器。2.根据权利要求1所述的弱电网下LCL型并网逆变器的稳定性组合控制方法，其特征在于：步骤一中，三相LCL并网逆变器数学模型表示为：；LCL滤波器由逆变器侧电感、滤波电容C以及并网侧电感构成；为电网电感，为逆变器输出电流；为并网电流； 为逆变器输出电压；为电容电压；为并网电压，a,b,c为三相。3.根据权利要求2所述的弱电网下LCL型并网逆变器的稳定性组合控制方法，其特征在于：步骤二中，在三相LCL并网逆变器系统中加入有源阻尼前馈，记为k；其开环传递函数为：；其中：；s为微分算子，、k
h
为高通滤波器参数；为系统延迟；得上述LCL的开环谐振频率fref表达式为：；其中，，为逆变桥增益，大小等效为，其中为直流侧电压，为三角载波幅值。4.根据权利要求3所述的弱电网下LCL型并网逆变器的稳定性组合控制方法，其特征在于：步骤二中，有源阻尼前馈通过高通滤波器实现，高通滤波器采用一阶高通滤波器，传递
函数为：；式中，与为高通滤波器的参数，其满足下式：；其中，的取值范围为0.8~...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗虹，王翰文，曾成碧，朱胤杰，童广，李苏丹，段述江，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：