一种拓宽并网逆变器稳定运行区域的方法及光伏并网系统技术方案

本发明专利技术涉及LCL型并网逆变器稳定性技术领域，更具体的说是涉及一种拓宽并网逆变器稳定运行区域的方法及光伏并网系统；本发明专利技术公开的一种拓宽并网逆变器稳定运行区域的方法，通过在前向通路中加入基于无限冲激响应(IIR)数字滤波器的相位超前补偿环节用以补偿控制延时造成的系统相位滞后，改善有源阻尼特性，在不产生开环不稳定极点的前提下设计补偿参数，拓宽了运用此方法的光伏并网系统稳定运行的区域，提高了运用此方法的光伏并网系统对电网阻抗变化的鲁棒性。抗变化的鲁棒性。抗变化的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种拓宽并网逆变器稳定运行区域的方法及光伏并网系统


[0001]本专利技术涉及LCL型并网逆变器稳定性
，更具体的说是涉及一种拓宽并网逆变器稳定运行区域的方法及光伏并网系统。

技术介绍

[0002]现有LCL型并网逆变器是一个欠阻尼三阶系统，会使系统开环传递函数的对数频率特性出现谐振尖峰和
‑
180
°
相变，从而影响系统的稳定性。模拟控制系统中多采用电容电流反馈有源阻尼法抑制谐振。
[0003]但在数字控制系统中，因存在控制延时(由控制器计算延时、数字脉宽调制零阶保持器特性和状态变量采样及更新延时组成)，电容电流反馈有源阻尼特性发生改变，使其原本等效并联在滤波电容两端的虚拟电阻变成与频率相关的虚拟阻抗。该虚拟阻抗电抗分量会引起谐振频率的偏移，使系统易不稳定，临界频率为1/3fs；该虚拟阻抗阻性分量的临界频率为1/6fs，当谐振频率大于1/6fs时，阻性分量为负，此时系统存在一对开环不稳定极点，有源阻尼失效，降低电流控制性能和系统对电网阻抗变化的鲁棒性。当谐振频率等于1/6fs时，并网逆变器不能稳定运行，且在弱电网中，因电网阻抗和电抗分量引起的谐振频率偏移，会使谐振频率跨越1/6fs，降低系统鲁棒性。现有技术中，采用电容电流反馈有源阻尼法的抑制谐振，由于数字控制系统中，因存在控制延时，导致LCL型逆变器系统的稳定运行区域大大受限。因此，如何拓宽LCL型并网逆变器稳定运行区域，提高光伏并网系统对电网阻抗变化的鲁棒性，这是本领域技术人员亟需解决的问题。
[0004]现有技术中，如公开号CN111490539A，名为一种基于有源谐波电导法的光伏逆变器集群谐振抑制方法，首先通过光伏单逆变器到多逆变器系统等效模型，得到单逆变器到逆变器集群的谐振特性；其次，通过基于PI控制器下电容电流内环，电网电流外环的双闭环控制；最后在光伏并网系统中加入有源滤波电导，抑制光伏逆变器集群谐振，然而此专利的并网逆变器在弱电网下，易出现采用电容电流反馈有源阻尼法，导致LCL型逆变器系统的稳定运行区域受限，又因电网阻抗和电抗分量引起的谐振频率偏移，降低系统鲁棒性，影响光伏并网系统稳定运行。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的技术问题，本专利技术提供一种拓宽并网逆变器稳定运行区域的方法及光伏并网系统。
[0006]本专利技术采用以下具体的技术方案：
[0007]一种拓宽并网逆变器稳定运行区域的方法，包括以下步骤：
[0008]S1：建立数字控制LCL型并网逆变器控制模型，分析控制延时导致有源阻尼性能下降，系统稳定区域缩小的原因，其中数字控制延时函数的表达式为：
[0009][0027]由朱利稳定判据可知，要使改进后s域下的系统环路增益T
D1
(s)不含右半平面的不稳定极点，即对应于z域中T
D1
(z)的所有极点全部位于单位圆内，H
c
需满足以下约束条件：
[0028]|n0|<|n4|,|b0|>|b3|,|c0|>|c2|
[0029]S4.对加入所提方法后系统的稳定运行区域及其稳定性进行分析；
[0030]其中补偿后虚拟阻抗Zeq(s)的表达式为：
[0031][0032]将s＝jω代入上式，得Z
eq
并联形式的电阻R
eq
和电抗X
eq
表达式为：
[0033][0034]其公式中的A、B、C、D分别为：
[0035][0036]根据上述Z
eq
并联形式的电阻R
eq
和电抗X
eq
表达式进行分析知，X
eq
和R
eq
的正负取决于分母，X
eq
的正负会改变滤波电容的有效值，使谐振频率f
r
产生偏移，R
eq
的正负会影响电容电流反馈有源阻尼的性能。补偿后R
eq
在零到临界频率f
s
的频率段内取正值，从而T
D1
(s)在该频率段内无不稳定极点，改善了有源阻尼性能，较大程度地拓宽了系统稳定区域，更利于系统稳定。
[0037]优选地，所述步骤S1中Gi(s)的传递函数为：
[0038][0039]优选地，所述步骤S1中系统环路增益T
D
(s)内的ω
r
为LCL滤波器的谐振角频率，其表达式为：
[0040][0041]其中ω
r
为LCL滤波器的谐振角频率，随电网阻抗Lg的增加而减小，与弱电网下系统的鲁棒性紧密相关。
[0042]优选地，所述步骤S2中补偿后环路增益T
D1
(s)的表达式为：
[0043][0044]补偿环节会改变环路增益的极点，故观察补偿后环路增益极点分布的情况以确定b的值，因存在超越函数难以求解，故将其转换至z域进行分析，如步骤S2所示。
[0045]优选地，所述步骤S2中z域表达式T
D1
(z)中：
[0046]L＝L1+L2+L
g
；N＝(1+a+b)z
‑
b；M＝z2
‑
2zcosω
r
T
s
+1；W＝(z
‑
1)sinω
r
T
s
。
[0047]优选地，所述步骤S2中关于z的特征多项式D(z)中：
[0048][0049]优选地，所述步骤S4中Z
eq
并联形式的电阻R
eq
和电抗X
eq
的表达式内，设电抗X
eq
表达式的分母g
X
(f)＝BC
‑
AD，电抗Xeq表达式的分母g
R
(f)＝AC+BD，二者分母的表达式分别为：
[0050][0051]优选地，所述电抗X
eq
表达式的分母g
X
(f)以及电抗Xeq表达式的分母g
R
(f)的表达式中：
[0052]X1＝R1＝1+a+b
‑
2ab；X2＝
‑
a3+(1
‑
2b)a2+(2+2b)a；R2＝a3+3a2+(2+2b)a；X3＝R3＝b；
[0053]由上式知g
X
(f)和g
R
(f)的零点f
X
和f
R
即为X
eq
(ω)和R
eq
(ω)的临界频率。易知补偿前，f
X0
＝f
s
/3，f
R0
＝f
s
/6。f
r
＜f
s
/6时，R
eq
(ω)为正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拓宽并网逆变器稳定运行区域的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：建立数字控制LCL型并网逆变器控制模型，分析控制延时导致有源阻尼性能下降，系统稳定区域缩小的原因，其中数字控制延时函数的表达式为：其中T
S
为采样周期，s为频域变量；控制延时改变了有源阻尼特性，从而推导变换出考虑数字控制延迟的情况下，与频率相关虚拟阻抗Z
eq
(s)以及系统开环传递函数T
D
(s)表达式分别为：(s)表达式分别为：其中，L1、L2、L
g
分别为LCL滤波器的逆变器侧电感、网侧电感和电感电容，C为滤波电容，G
i
(z)为电流控制器，Hc、K
PWM
、H
L2
分别为电容电流反馈系数、逆变器增益、并网电流反馈系数，Ra为考虑延时之前的电容电流反馈有源阻尼等效并联在滤波电容C两端的虚拟电阻；根据上述公式分析知，控制延时导致T
D
(s)相位滞后，限制了系统稳定裕度；而Z
eq
(s)改变了T
D
(s)极点分布，使T
D
(s)出现不稳定极点，由此系统稳定运行区域受限；S2：根据上述S1中分析出的阻尼性能的下降原因，针对性地提出基于无限冲激响应(IIR)数字滤波器的相位超前补偿方法，补偿由控制延时导致的系统相位滞后，以提高系统稳定裕度，其相位超前补偿环节在z域下的传递函数为：式中z为z域的变量，a、b为相位补偿函数的补偿参数，其中0≤a<1，b决定相位超前补偿程度；z域中补偿后环路增益T
D1
(z)为：在G
i
(z)后加入一阶低通滤波器校正穿越频率处的T
D1
(z)幅值，得到一阶低通滤波器在z域下的表达式为：式中f
L
为转折频率；S3：根据S2的方法，通过稳定约束合理设计电容电流反馈系数H
c
，用于让补偿后的系统能够在弱电网下稳定运行，步骤S2中补偿后环路增益z域T
D1
(s)的表达式的分母的分项式D
(z)为：将上式完全展开得到关于z的特征多项式为：D(z)＝n0+n1z1+n2z2+n3z3+n4z4由朱利稳定判据得Hc需满足以下约束条件：|n0|<|n4|,|b0|>|b3|,|c0|>|c2|式中b0＝n
02
‑
1；b3＝n0n3‑
n1；c0＝(n
02
‑
1)2‑
(n0n3‑
n1)2；c2＝b0(n0‑
1)n2‑
(n0n1‑
n3)b3；S4.对加入所提方法后系统的稳定运行区域及其稳定性进行分析；其中补偿后虚拟阻抗Zeq(s)的表达式为：将s＝jω代入上式，得Z
eq
并联形式的电阻R
eq
和电抗X
eq
表达式为：其公式中的A...

【专利技术属性】
技术研发人员：李圣清，张栋，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：