一种弱电网下制造技术

本发明专利技术公开了一种弱电网下

【技术实现步骤摘要】
一种弱电网下LCL型有源电力滤波器强鲁棒性控制方法


[0001]本专利技术涉及有源电力滤波器控制方法研究领域，具体涉及一种弱电网下
LCL
型有源电力滤波器强鲁棒性控制方法
。

技术介绍

[0002]在双碳目标的驱动下，电网建设不断向新型电力系统方向转型，大量新能源
、
电力电子设备和储能装置在电网中获得广泛应用，随着电力系统电子电子化程度越来越高，电力系统中谐波污染问题日渐突出，且电网的短路比将逐渐降低，呈现弱电网特征，这使电力系统的安全稳定性面临新的挑战
。
[0003]有源电力滤波器能有效治理电网谐波污染，滤波器结构一般为
L
型与
LCL
型，在总电感相同的情况下，
LCL
滤波器具有高频衰减能力强
、
性价比高和体积小的优势，但由于
LCL
型滤波器三阶系统的特征，使其存在固有谐振特性，不利于系统的稳定运行，通常需要采取有效措施提高阻尼，抑制谐振
。
抑制谐振措施主要分为两大类，分别是：无源阻尼与有源阻尼，无源阻尼方法产生较大损耗，尤其对于中大功率系统，需要额外增加冷却装置解决系统散热问题，导致成本与体积大幅度增加，有源阻尼方法通过控制策略获得等效的虚拟阻尼，实现对
LCL
滤波器的谐振抑制，从而不增加额外损耗，具有零损耗
、
低成本
、
高效率的优点
。
有源阻尼方法中最常用的是电容电流比例反馈有源阻尼控制策略，但弱电网下电网阻抗的变化会导致谐振频率偏移，造成该方法对谐振抑制作用失效，容易发生不稳定现象，已有方法提出在电容电流有源阻尼反馈环节加上固定频率段的滞后控制器，来规避
1/6f
s
频率处的不稳定点，同时结合严格的参数设计，可以从理论上实现有源阻尼方法对电网阻抗变化的鲁棒性，但是这种严格的参数设计，是基于滤波器参数的精确性，如果硬件滤波参数值存在一定的偏差，会对控制效果存在较大影响，即该控制方法对滤波器参数精度的要求过高，同时也增加了数字控制器的运算量
。
[0004]因此，研究弱电网下
LCL
型有源电力滤波器的强鲁棒性控制方法对新型电力系统的安全稳定运行具有重要意义
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种弱电网下
LCL
型有源电力滤波器强鲁棒性控制方法，该方法在传统电容电流前馈有源阻尼的基础上，将前馈点前移至电流控制器输入端，在此基础上改进电流控制器的结构，相比传统电容电流反馈有源阻尼方法，通过将有源阻尼控制器和电流环控制器相结合，得到一个复合控制器，节省一个有源阻尼控制器，有效节省数字控制器的运算资源，分析了这种控制结构对弱电网的适应性，给出了复合控制器的参数设计方法，实现了控制器参数对电网阻抗变化的强鲁棒性，在弱电网下电网阻抗的变化导致谐振频率在一定范围偏移的情况下，设计的有源阻尼依然能有效抑制谐振，保证有源电力滤波器的稳定运行，增强系统鲁棒性
。
[0006]专利技术的技术解决方案如下：
[0007]本专利技术提供一种弱电网下
LCL
型有源电力滤波器强鲁棒性控制方法，其包括：
[0008]步骤
S101
，建立
LCL
型输出滤波器的数学模型，获取
LCL
型输出滤波器的电感和电容参数
。
[0009]本专利技术建立
LCL
型输出滤波器的数学模型，即计算得到电网侧电感输出电流到变换器侧输出电压的传递函数
[0010][0011]式中，
i
2x
表示有源电力滤波器电网侧各相的输出电流，
u
x
变换器各相的输出电压，
x
表示两相静止
αβ
坐标系下的
α
或
β
。
由公式
(1)
可知
LCL
滤波器是一个三阶系统，且二次项系数为0，导致虚轴上有一对共轭的极点，因此出现谐振问题
。
[0012]步骤
S102
，在考虑电流控制环节
、
数字控制延时
、
电网阻抗影响，并忽略电网电压扰动量的条件下，构建基于复合控制器的新型有源阻尼方法的
LCL
有源电力滤波器的结构框图
。
[0013]基于复合控制器的新型有源阻尼方法的
LCL
有源电力滤波器的结构框图主要包括电流控制
、
数字控制器控制延时
、
采样开关及
PWM
的电力电子变换器的零阶保持特性等环节，电流控制环节采用比例谐振控制器，单位采样周期的计算延时传递函数记为
G
d
(s)
，采样开关的传递函数为
1/T
s
，零阶保持器的传递函数记为
G
h
(s)
，变换器调制增益记为
K
PWM
，滤波电容电流记为
i
C
。
[0014]单位采样周期的计算延时传递函数记为
G
d
(s)
，其传递函数为
[0015][0016]式中，
T
s
为控制器的采样周期
。
[0017]零阶保持器
G
h
(s)
的传递函数为：
[0018][0019]为简化基于复合控制器的新型有源阻尼方法的
LCL
有源电力滤波器的结构框图，令
[0020][0021]步骤
S103
，确定由电流控制环节和有源阻尼环节构成的复合控制器参数，通过合理的控制器参数设计保障本专利技术提出的新型有源阻尼方法对电网阻抗变化的强鲁棒性；
[0022]电流控制环节和有源阻尼环节构成的复合控制器的表达式为
[0023][0024]式中，
k
p
为控制器的比例系数
、k
i
为控制器积分环节的积分系数
、k
rn
为控制器谐振环节的积分系数，
n
为控制器的谐波次数，
ω
N
为控制器的谐振角频率
。
[0025]电流谐振控制器的最高谐振频率为
1250Hz
，电流谐振控制器的谐振频率与
LCL
滤波器的谐振频率相差较大，因此多
PR
控制器的谐振部分对稳定性产生的影响比较微小，为
简化分析，忽略谐振部分的影响，将由电流控制环节和有源阻尼环节构成的复合控制器简化为
[0026][0027]根据上述分析，计算得到基于本专利提出的新型有源阻尼方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种弱电网下
LCL
型有源电力滤波器强鲁棒性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S101
，建立
LCL
型输出滤波器的数学模型，获取
LCL
型输出滤波器的电感和电容参数；建立三相三线制并联
LCL
型有源电力滤波器主电路拓扑结构，得到
LCL
型输出滤波器在两相静止
αβ
坐标系下的控制框图，据此推导电网侧电感输出电流到变流器侧输出电压的传递函数，并获取
LCL
型输出滤波器中的滤波电容值
C
和两个电感值
L1、L2；步骤
S102
，在考虑电流控制环节
、
数字控制延时
、
电网阻抗影响，并忽略电网电压扰动量的条件下，构建基于复合控制器的新型有源阻尼方法的
LCL
有源电力滤波器的结构框图；基于滤波电容电流反馈控制的
LCL
有源电力滤波器的结构框图主要包括电流控制
、
数字控制器控制延时
、
采样开关及
PWM
的电力电子变换器的零阶保持特性等环节，电流控制环节采用比例谐振控制器，单位采样周期的计算延时传递函数记为
G
d
(s)
，采样开关的传递函数为
1/T
s
，零阶保持器的传递函数记为
G
h
(s)
，变换器调制增益记为
K
PWM
，滤波电容电流记为
i
C
；步骤
S103
，确定由电流控制环节和有源阻尼环节构成的复合控制器参数，通过合理的控制器参数设计保障本发明提出的新型有源阻尼方法对电网阻抗变化的强鲁棒性；电流控制环节和有源阻尼环节构成的复合控制器参数具体为比例系数
k
p
、
积分控制器的积分系数
k
i
、
谐振控制器的积分系数
k
rn
、
谐振控制器的谐振角频率
ω
N
和谐波次数
n
；步骤
S104
，基于提出的新型有源阻尼方法得到修正后的
PWM
调制波控制
LCL
有源电力滤波器输出补偿电流，补偿谐波源产生的谐波，使电网电流波形接近正弦波；将采集到的电容电流作为复合控制器的输入信号，正反馈至由电流控制环节和有源阻尼环节构成的复合控制器前端，根据复合控制器环节的输出信号经调制环节处理得到新的
PWM
调制波，根据得到的
PWM
调制波控制有源电力滤波器输出补偿电流治理电网谐波污染
。2.
根据权利要求1所述的一种弱电网下
LCL
型有源电力滤波器强鲁棒性控制方法，其特征在于，建立
LCL
型输出滤波器的数学模型，即计算得到电网侧电感输出电流到变换器侧输出电压的传递函数式中，
i
2x
表示有源电力滤波器电网侧各相的输出电流，
u
x
变换器各相的输出电压，
x
表示两相静止
αβ
坐标系下的
α
或
β
，由公式1可知
LCL
滤波器是一个三阶系统，且二次项系数为0，导致虚轴上有一对共轭的极点，因此出现谐振问题
。3.
根据权利要求1所述的一种弱电网下
LCL
型有源电力滤波器强鲁棒性控制方法，其特征在于，基于复合控制器的新型有源阻尼方法的
LCL
有源电力滤波器的结构框图主要包括电流控制
、
数字控制器控制延时
、
采样开关及
PWM
的电力电子变换器的零阶保持特性等环节，单位采样周期的计算延时传递函数记为
G
d
(s)
，其传递函数为式中，
T
s
为控制器的采样周期；零阶保持器
G
h
(s)
的传递函数为：
为简化基于复合控制器的新型有源阻尼方法的
LCL
有源电力滤波器的结构框图，令
4.
根据权利要求1所述的一种弱电网下
LCL
型有源电力滤波器强鲁棒性控制方法，其特征在于，电流控制环节和有源阻尼环节构成的复合控制器的表达式为式中，
k
p
为控制器的比例系数
、k
i
为控制器积分环节的积分系数
、k
rn
为控制器谐振环节的积分系数，
n
为控制器的谐波次数，
ω
N
为控制器的谐振角频率；电流谐振控制器的最高谐振频率为
1250Hz
，电流谐振控制器的谐振频率与
LCL
滤波器的谐振频率相差较大，因此多
PR
控制器的谐振部分对稳定性产生的影响比较微小，为简化分析，忽略谐振部分的影响，将由电流控制环节和有源阻尼环节构成的复合控制器简化为根据上述分析，计算得到基于本专利提出的新型有源阻尼方法控制的
LCL
有源电力滤波器在连续域的开环传递函数
T(s)
的表达式为式中，
L
s
为电网等效电感，
K
PWM
为调制环节的增益，
T<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭金星，张玉祥，朱思杰，马艳，赵创业，袁瑜，乙巧峰，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司淮北供电公司，
类型：发明
国别省市：