一种提升并网逆变器弱电网适应能力的方法和控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种提升并网逆变器弱电网适应能力的方法和控制系统，属于并网逆变器控制领域。本方法涉及采用新型电流控制器的主控制回路、公共耦合点电压前馈支路构成的控制系统。首先，参考电流分别经过第一比例控制器、第二比例控制器和延迟模块，第一比例控制器和延迟模块的输出通过第一加法器进行相加，得到第一输出信号；同时，采样公共耦合点电压，经过虚拟电容环节和重复预测环节，产生第二输出信号。第一输出信号与第二输出信号经过加法器相加，然后除以逆变桥增益系数得到调制波。调制波经过PWM模块，产生驱动信号驱动逆变器的功率器件，控制进网电流。控制进网电流。控制进网电流。

【技术实现步骤摘要】
一种提升并网逆变器弱电网适应能力的方法和控制系统


[0001]本专利技术涉及并网逆变器控制领域，具体涉及一种提升并网逆变器弱电网适应能力的方法和控制系统。

技术介绍

[0002]随着分布式能源在电网中占比逐步提高，其对电网的影响愈发不可忽视。从公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)，电网可以等效成一个电压源与呈感性的阻抗串联。而且，电网阻抗越大，对并网逆变器稳定性的影响越严重。相比强电网，弱电网具有以下两个特点：(1)电网阻抗不可忽略，且随着电网运行方式变化；(2)电网含有丰富背景谐波。
[0003]虽然已经有较多的文献对弱电网下逆变器的稳定性展开了研究，但是大多数文献针对的是LC/LCL型逆变器，而针对L型逆变器的研究很少。相比LC/LCL型逆变器，L型逆变器的PCC电压不仅受到电网背景谐波影响，而且还受到逆变电压的影响，因此相同功率下，L型逆变器接入点电压畸变的程度要远大于LC/LCL型滤波器，这就导致L型滤波器在弱电网下的进网电流质量较差。
[0004]此外，大多数文献并未在极端弱电网下展开研究。随着电网不断变弱，尤其是在短路比(short circuit ratio，SCR)等于1时，如果保持进网电流与PCC电压同相位，且电网阻抗为纯感抗的极端情况下，PCC电压将跌落至零，严重影响逆变器的稳定性。虽然已有文献证明，在极弱电网下，让逆变器运行在电压源模式或者额外增加无功补偿装置，能够增加系统的稳定裕度，但是逆变器运行在电压源模式，系统的动态特性和进网电流质量均有待进一步提高，而加入无功补偿装置，将增加系统的成本。
[0005]相比LC/LCL型逆变器，L型逆变器具有结构和控制简单的特点，在户用光伏小功率场合成本更低，因而仍存在广泛的应用。但是当电网为弱电网，尤其是极弱电网时，L型逆变器一方面受PCC电压影响导致进网电流质量较差，另一方面电网阻抗导致系统极易失稳。因此，如果能够解决畸变的PCC电压影响L型逆变器进网电流质量的问题，同时找到一种方法使得逆变器能够在极弱电网下保持稳定运行，将解决L型逆变器在极弱电网下应用受限的问题，具有重要的实用价值。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种提升并网逆变器弱电网适应能力的方法和控制系统。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0008]一种提升并网逆变器弱电网适应能力的控制系统，包括：电流控制器的主控制回路与PCC电压前馈支路；
[0009]所述PCC电压前馈支路的输入端连接在逆变器的回路上，采集PCC电压；
[0010]所述电流控制器的主控制回路包括：第一比例控制器、第二比例控制器、延迟模块、第一减法控制器、第一加法控制器和逆变桥增益倒数模块；参考电流分别输入所述第一
比例控制器和第二比例控制器的输入端，所述第一比例控制器和第二比例控制器的输出端连接第一减法控制器的输入端；所述第一减法器和PCC电压前馈支路的输出端，均与第一加法控制器的输入端连接。
[0011]可选地，所述第一加法控制器的输出端与逆变桥增益倒数模块的输入端相连，逆变桥增益倒数模块的输出端与PWM模块相连。
[0012]可选地，所述PCC电压前馈支路包括虚拟电容环节与重复预测控制器，采样得到的PCC电压连接所述虚拟电容环节的输入端，所述虚拟电容环节的输出端连接重复预测控制器的输入端；所述重复预测控制器的输出端与所述第一加法控制器的输入端连接。
[0013]可选地，所述的逆变器回路上构造有虚拟滤波电容，所述的采集PCC电压根据所述虚拟滤波电容计算得到。
[0014]可选地，所述第二比例控制器与所述的第一加法控制器之间串接有延迟模块。本专利技术的有益效果：
[0015]与现有的逆变器电流环控制器相比，无须反馈进网电流，可以节省一个传感器，而且相比常规的PI控制器，能够有效地增加逆变器在弱电网下的稳定裕度。
[0016]虚拟电容模块有效地滤波PCC电压含有的丰富的背景谐波，降低了PCC电压对进网电流质量的影响。
[0017]重复控制预测模块能够解决PCC电压经过虚拟电容模块后相位滞后的问题，且不会像其它的相位补偿模块放大PCC电压中高次谐波。
[0018]本专利技术可有效地解决L型逆变器在弱电网下进网电流质量较差的问题，同时采用新型电流控制器，在不影响系统动态特性和增加成本的前提下，可大幅增加逆变器在极弱电网下的稳定裕度，确保逆变器在极弱电网下能够稳定运行，具有重要的意义。
附图说明
[0019]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0020]图1为L型并网逆变器功率电路以及控制回路连接示意图。
[0021]图2为弱电网下L型逆变器接入点电压的波形。
[0022]图3为畸变的PCC电压导致调制波产生的偏差示意图。
[0023]图4为加入虚拟电容后电路示意图。
[0024]图5为GRLC(s)的伯德图。
[0025]图6为超前校正和重复控制预测传递函数的伯德图。
[0026]图7为弱电网下各个物理量之间的矢量关系。
[0027]图8为SCR＝1时PCC电压与进网电流幅值关系。
[0028]图9为弱电网下单相逆变器系统简化电路图。
[0029]图10为采用常规PI控制器时系统控制框图。
[0030]图11为采用常规PI控制器时逆变器输出阻抗与电网阻抗关系。
[0031]图12为采用本专利技术所提控制器时系统的控制框图。
[0032]图13为采用本专利技术所提控制器时逆变器输出阻抗与电网阻抗关系。
[0033]图14(a)为直接前馈PCC电压时PCC电压波形和进网电流波形。
[0034]图14(b)为加入虚拟电容和重复控制预测模块后PCC电压波形和进网电流波形。
[0035]图15(a)为弱电网下采用常规PI控制器时逆变器失稳的电流波形。
[0036]图15(b)为弱电网下采用本专利技术所提控制器时逆变器保持稳定的电流波形。
[0037]图16为SCR＝1时采用本专利技术所提控制器PCC电压波形和进网电流波形。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]结合图1，在本专利技术的一些具体的实施例中，给出提升L型逆变器在弱电网下适应能力的设计实例。图2给出L型逆变器在弱电网下，PCC电压的波形。可以看出，弱电网下，L型逆变器接入点电压畸变严重，富含各次谐波。
[0040]图3给出了对PCC电压前馈后，调制波在波峰和波谷处，与载波比较产生PWM波的示意图。为了更好地对比，同时给出理想调制波与三角载波比较的情况，同时也给出实际调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升并网逆变器弱电网适应能力的控制系统，其特征在于，包括：电流控制器的主控制回路与PCC电压前馈支路；所述PCC电压前馈支路的输入端连接在逆变器的回路上，采集PCC电压；所述电流控制器的主控制回路包括：第一比例控制器、第二比例控制器、延迟模块、第一减法控制器、第一加法控制器和逆变桥增益倒数模块；参考电流分别输入所述第一比例控制器和第二比例控制器的输入端，所述第一比例控制器和第二比例控制器的输出端连接第一减法控制器的输入端；所述第一减法器和PCC电压前馈支路的输出端，均与第一加法控制器的输入端连接。2.根据权利要求1所述的提升并网逆变器弱电网适应能力的控制系统，其特征在于，所述第一加法控制器的输出端与逆变桥增益倒数模块的输入端相连，逆变桥增益倒数模块的输出端与PWM模块相连。3.根据权利要求1所述的提升并网逆变器弱电网适应能力的控制系统，其特征在于，所述PCC电压前馈支路包括虚拟电容环节与重复预测控制器，采样得到的PCC电压连接所述虚拟电容环节的输入端，所述虚拟电容环节的输出端连接重复预测控制器的输入端；所述重复预测控制器的输出端与所述第一加法控制器的输入端连接。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐革军，牛晨晖，陈新宇，蒋俊荣，李冬，施俊佼，胡皓，肖华锋，李明明，
申请(专利权)人：东南大学华能国际电力江苏能源开发有限公司华能国际电力江苏能源开发有限公司清洁能源分公司，
类型：发明
国别省市：