一种应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的方法技术

本发明专利技术涉及电力系统技术领域，公开了一种应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的方法，其电路结构为单相并网逆变器，选用滤波器为LCL型滤波器，在简化系统方程基础上，设计基于能量方程的并网逆变器机侧电流回路控制器，计及数字控制系统延时，获取保证系统稳定的LCL滤波器谐振角频率，加上拉格朗日插值法，设计系统延时补偿器，形成应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的控制器。该种方法实质为电流环前向通道提供了一个相位超前环节，补偿了延时带来的相位滞后，从而避免

【技术实现步骤摘要】
一种应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的方法


[0001]本专利技术涉及电力系统
，具体涉及一种应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的方法。

技术介绍

[0002]随着新能源发电、高压直流输电的快速发展，并网设备的数量和容量不断增加，电力电子装置控制灵活的优势日益展现。目前已经有很多关于并网逆变器的研究，这些逆变器用于将从可再生能源中获得的能量输出到电网。
[0003]并网逆变器的控制方法是另一个热门的研究课题。研究了各种控制方法对逆变器输出电流的控制，并对其稳态和暂态响应性能进行了研究。并网逆变器的控制主要采用电网电压前馈比例积分控制器、滞环电流控制器、无差拍控制器、比例谐振控制器和滑模控制器。此外，基于人工智能的方法，如模糊控制和神经模糊控制方法也被应用于这些应用。在过去的文献中，这些方法的优点和缺点主要是从瞬态响应和稳态误差的角度提出的。
[0004]并网逆变器通常采用脉宽调制方式工作，在初步研究中，其产生的开关次谐波采用L滤波器来降低逆变器输出电流中的开关谐波。而三阶LCL滤波器因其具有电感元件尺寸小、功耗小、衰减好、逆变器输出电流纹波小等优点而成为近年来的研究热点。然而，LCL类型的滤波器由于额外的两个复共轭极点而存在闭环系统不稳定的风险，LCL滤波器在谐振频率处存在谐振尖峰，同时发生了
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180
°
相位穿越，因此系统很容易产生谐振。因此，设计一个合适的基于LCL滤波器的并网逆变器的控制策略比基于L滤波器的逆变器的控制策略更加复杂。对于信号采样后的装载时间的延后和所采用的脉宽调制的延时共同作用下，对系统稳定性产生一定影响。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的方法，基于能量方程，应用拉格朗日插值法，通过延时补偿器，减少因信号延时产生的误差，抑制并网逆变器因LCL滤波器产生的谐振现象。
[0006]技术方案：本专利技术提供一种应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的方法，所述控制方法，基于能量方程采用机侧电流反馈，形成机侧电流单环反馈控制器，应用拉格朗日插值法设计延时补偿控制器，所述控制方法包括如下步骤：
[0007]步骤1：根据单相LCL型并网逆变器的滤波电感电流和滤波电容电压，构建单相LCL型并网逆变器的平均状态空间模型；
[0008]步骤2：根据步骤1构建的平均状态空间模型，利用李雅普诺夫函数稳定性定理设计基于能量方程的并网逆变器机侧电流回路控制器；
[0009]步骤3：在所述步骤2基础上，计及数字控制系统延时，根据奈奎斯特稳定性判据，获取保证系统稳定的LCL滤波器谐振角频率；
[0010]步骤4：在所述机侧电流回路控制器的基础上加上拉格朗日插值法，设计系统延时
补偿器，形成应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的控制器；
[0011]步骤5：获取应用拉格朗日插值法补偿延时的单相LCL型并网逆变器的全桥功率开关控制信号。
[0012]进一步地，所述步骤1的平均状态空间模型为：
[0013][0014][0015][0016]其中，L1为逆变器的机侧滤波电感、L2为逆变器的网侧滤波电感、C为逆变器的滤波电容、r1和r2为滤波电感L1和L2的内阻；i1为逆变器的机侧滤波电感电流、i2为逆变器的网侧滤波电感电流、v
C
为逆变器的滤波电容电压；V
s
为逆变器的直流输入电压；v
g
＝V
g
sin(ωt)是栅极电压，u是实际作用的开关控制信号。
[0017]进一步地，所述步骤2中基于能量方程的并网逆变器机侧电流回路控制器基于能量方程的并网逆变器机侧电流回路控制器总控制输入表达式为：
[0018][0019]其中，K
i1
是关于机侧电流回路控制器增益，是机侧电流i1和机侧电流给定值的误差。
[0020]进一步地，所述步骤3中获取的保证系统稳定的LCL滤波器谐振角频率具体为：
[0021]1)计及数字控制系统延时：
[0022][0023]其中，G
y
(s)为系统总延时的s域传递函数，G
ZOH
(s)为体现调制特性的延时环节，ηT
s
为信号装载延迟时间，0.5T
s
是PWM调制延时；
[0024]2)系统的陷波角频率ω
r
、和系统的谐振角频率ω
rcs
表达式分别为：
[0025][0026][0027]3)此时的环路增益为：
[0028][0029]4)根据奈奎斯特稳定性判据得到系统稳定的谐振角频率满足：
[0030][0031]其中，ω
s
为奈奎斯特频率的2倍。
[0032]进一步地，所述步骤4中应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的控制器为：
[0033]1)拉格朗日插值法：
[0034]由定义得，n次拉格朗日插值多项式：
[0035][0036]其中，n次多项式称为以x0,x1,
…
x
n
为节点的n次拉格朗日插值基函数，(x0,y0),(x1,y1)
…
(x
n
,y
n
)是函数y＝f(x)上的点；
[0037]2)当n＝1时，拉格朗日多项式为：
[0038]L1(x)＝l0(x)y0+l1(x)y1[0039]整理后得：
[0040][0041]其中，x0和x1在函数y＝f(x)上的值分别为y0和y1，为预测值：
[0042]3)因为采样频率较高，可采用一阶拉格朗日插值法预测(i+η)T
S
时刻系统的控制信号Q(i+η)：
[0043]Q(i+η)＝u(i)+[u(i)
‑
u(i
‑
1)]η
[0044]其中，Q(i)为计算得到当前时刻的控制信号，u
i
为上一时刻的控制信号；对应的离散域表达式为:
[0045][0046]4)串联补偿模块满足：
[0047][0048]形成一种应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的控制器。
[0049]有益效果：
[0050]本专利技术单相并网逆变器所选用滤波器为LCL型滤波器，LCL滤波器衰减快，体积小，可用较小的电感值达到好的滤波效果。基于能量方程结合李雅普诺夫稳定理论保证整个控制系统稳定性，可保证机侧电流反馈的单相LCL型并网逆变器的工作。本专利技术计及信号延时对系统的影响，根据拉格朗日插值法设计补偿控制器，补偿了延时带来的相位滞后。从而避免
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相位穿越点位于谐振角频率处，提高了系统鲁棒性。该种补偿方法算法实现简单，可有效补偿数字控制延时，提高了系统稳定性。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的方法，其特征在于，所述单相并网逆变器为单相LCL型并网逆变器，所述控制方法包括如下步骤：步骤1：根据单相LCL型并网逆变器的滤波电感电流和滤波电容电压，构建单相LCL型并网逆变器的平均状态空间模型；步骤2：根据步骤1构建的平均状态空间模型，利用李雅普诺夫函数稳定性定理设计基于能量方程的并网逆变器机侧电流回路控制器；步骤3：在所述步骤2基础上，计及数字控制系统延时，根据奈奎斯特稳定性判据，获取保证系统稳定的LCL滤波器谐振角频率；步骤4：在所述机侧电流回路控制器的基础上加上拉格朗日插值法，设计系统延时补偿器，形成应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的控制器；步骤5：获取应用拉格朗日插值法补偿延时的单相LCL型并网逆变器的全桥功率开关控制信号。2.根据权利要求1所述的应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的方法，其特征在于，所述步骤1的平均状态空间模型为：征在于，所述步骤1的平均状态空间模型为：征在于，所述步骤1的平均状态空间模型为：其中，L1为逆变器的机侧滤波电感、L2为逆变器的网侧滤波电感、C为逆变器的滤波电容、r1和r2为滤波电感L1和L2的内阻；i1为逆变器的机侧滤波电感电流、i2为逆变器的网侧滤波电感电流、v
C
为逆变器的滤波电容电压；V
s
为逆变器的直流输入电压；v
g
＝V
g sin(ωt)是栅极电压，u是实际作用的开关控制信号。3.根据权利要求2所述的应用拉格朗日插值法补偿单相并网逆变器延时的方法，其特征在于，所述基于能量方程的并网逆变器机侧电流回路控制器总控制输入表达式为：其中，U
o
和Δu分别表示u的稳态值和摄动值，为给定电容电压，为给定机侧电流，K
i1
是关于机侧电流回路控制器增益，是机侧电流i1和机侧电流给定值的误差。4.根据权利要求1所述的应用拉格朗日插值法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王业琴，胡冰垚，杨艳，张卫星，李文涛，洪程，耿涛，张艺怀，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：