光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法技术

光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，涉及光伏并网逆变器控制技术领域。本发明专利技术是为了解决现有光伏并网逆变器对电网阻抗变化适应性差，和弱电网下光伏并网系统的稳定性差的问题。本发明专利技术所述的通过扰动电流注入法向电网中注入特定频率的扰动电流，然后基于闭环极点参数配置的原则得到电流控制器参数与电网阻抗的关系式，当电网电阻Rg和电网电感Lg发生变化时，实现对控制器参数Kp、Kr、Kd的自适应调节，以适应不断变化的电网阻抗，提高了光伏并网逆变器控制系统的适应性与稳定性。它可用于对光伏并网逆变器的控制。

【技术实现步骤摘要】
光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法
本专利技术涉及光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法。属于光伏并网逆变器控制

技术介绍
随着传统能源的消耗和光伏发电技术的日益成熟，其应用范围也在不断扩大，为了解决偏远地区、海岛等分散用户的用电问题，并充分利用当地丰富的可再生能源，光伏发电已开始在这些地区得到推广与应用。但是上述地区的电网通常为电网的末端，因其与发电侧之间要经过较长的输电线路和多级变压环节，联系变弱，等效的线路阻抗增大，此时的电网呈现出弱电网的特性。而光伏并网逆变器作为连接光伏发电装置与电网的关键设备，在其设计过程中通常并未考虑电网的实际情况，以至于在实际应用中，由于受电网阻抗的影响，系统性能并不总能达到理想的控制效果。经分析，变化的电网阻抗会对并网逆变器控制性能产生较大影响，甚至容易导致系统不稳定。当电网阻抗增大时，开环控制系统的带宽会减小，这将导致系统的动态响应性能降低，同时，随着电网阻抗中感性成分的增加，电网等效电感极易与逆变器输出滤波器产生谐振，而且电感越大，谐振频率越小，谐振峰值越大，因此会影响系统的稳定性，并引起并网电流中的谐波含量增加等电能质量问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有光伏并网逆变器对电网阻抗变化适应性差，和弱电网下光伏并网系统的稳定性差的问题。现提供光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法。光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，它包括以下步骤：步骤一、通过逆变器以扰动电流注入法向电网中注入设定频率的扰动电流，然后利用检测元件检测出并网点处的电压和电流响应，再结合信号处理技术，分离出所注入特定次谐波分量的模值，根据该模值获得等效的电网电阻Rg和电网电感Lg，步骤二、将逆变器桥臂输出的正弦脉宽调制电压等效为一个电压源，并根据步骤一中获得的电网电阻Rg和电网电感Lg，建立LC型单相光伏并网逆变器并网电流控制回路的受控对象的传递函数Go(s)，对该传递函数Go(s)进行离散化，得到相应的离散化表达式Go(z-1)，步骤三、采用准PRD控制器作为电流内环的控制器，准PRD控制器的传递函数表达式为其中，Kp为准PRD控制器比例系数，Kr为准PRD控制器谐振系数，Kd为准PRD控制器微分系数，ω0为基波对应的角频率，ωc为截止角频率，为低通滤波环节，τ为滤波环节中的延迟时间，对准PRD控制器的传递函数Gc(s)进行离散化，获得其离散化表达式Gc(z-1)，对离散化表达式Gc(z-1)进行变换得到差分方程：u(k)＝b0e(k)+b1e(k-1)+b2e(k-2)+b3e(k-3)-a1u(k-1)-a2u(k-2)-a3u(k-3)，其中，k为采样步数，u(k)为第k个采样周期内，准PRD数字控制器的输出量，e(k)为控制器的输入量，也即给定电流与实际电流的差值，ai和bj为系统参数，i＝1，2，3；j＝1，2，3；步骤四、根据准PRD控制器理想闭环极点的位置，获得理想的闭环特征方程Am(z-1)，根据步骤二得到的受控对象传递函数Go(z-1)和步骤三得到的准PRD控制器传递函数Gc(z-1)，获得系统实际的闭环特征方程Ac(z-1)，令Ac(z-1)＝Am(z-1)，获得准PRD控制器的控制参数Kp、Kr、Kd与电网电阻Rg和电网电感Lg的关系式，当电网电阻Rg和电网电感Lg发生变化时，逆变器根据步骤三中的差分方程实现准PRD控制器的输出，以实现自适应准PRD控制器对光伏并网逆变器的控制。本专利技术的有益效果为：本专利技术所提出的准PRD控制方法首先通过扰动电流注入法向电网中注入特定频率的扰动电流，实现电网阻抗的在线检测，然后通过采用准PRD控制方法实现了对正弦给定电流的零稳态误差跟踪和较好的动态响应性能，最后基于闭环极点参数配置的原则得到准PRD电流控制器参数与电网阻抗的关系式，当电网电阻Rg和电网电感Lg发生变化时，实现对控制器参数Kp、Kr、Kd的自适应调节，以适应不断变化的电网阻抗，进一步提高了并网逆变器控制系统对电网的适应性和并网系统的稳定性。图21和图22所示为自适应控制前后，并网电压电流的仿真结果，从图中可以看出，当电网阻抗发生较大的变化时，不加自适应控制的并网电压电流波形畸变严重，震荡明显，自适应控制后，并网电压电流波形明显改善，谐波和震荡现象消除。附图说明图1为LC型单相光伏并网逆变器的自适应准PRD控制结构框图；图2为电网电感Lg变化时，并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化趋势图，图中，曲线1表示Lg＝0.01mH时并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化波形图，曲线2表示Lg＝0.1mH时并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化波形图；曲线3表示Lg＝1mH时并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化波形图，曲线4表示Lg＝3mH时并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化波形图，曲线5表示Lg＝5mH时并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化波形图，曲线6表示Lg＝10mH时并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化波形图；图3电网电感Lg变化时，并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化趋势图，图中，曲线21表示Lg＝0.01mH时并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化的波形图，曲线22表示Lg＝0.1mH时并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化的波形图；曲线23表示Lg＝1mH时并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化的波形图，曲线24表示Lg＝3mH时并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化的波形图，曲线25表示Lg＝5mH时并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化的波形图，曲线26表示Lg＝10mH时并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化的波形图；图4为电网电阻Rg变化时，并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化趋势图，图中，曲线7表示Rg＝1ohm时并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化波形图，曲线8表示Rg＝5ohm时并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化波形图，曲线9表示Rg＝10ohm时并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化波形图，曲线10表示Rg＝15hm时并网逆变器电流控制回路的幅值随开环角频率的变化波形图；图5为电网电阻Rg变化时，并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化趋势图，图中，曲线27表示Rg＝1ohm时并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化的波形图，曲线28表示Rg＝5ohm时并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化的波形图，曲线29表示Rg＝10ohm时并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化的波形图，曲线30表示Rg＝15hm时并网逆变器电流控制回路的相位随开环角频率的变化的波形图；图6为在PI、准PR和准PRD的控制方式下，控制系统的幅值随开环频率的变化曲线图，图中，曲线11表示PI控制方式下，控制系统的开环频率随幅值变化图，曲线12表示准PRD控制方式下，控制系统的幅值随开环频率的变化图，曲线13表示准PR控制方式下，控制系统的幅值随开环频率的变化变化图；图7为在PI、准PR和准PRD的控制方式下，控制系统的相位随开环频率的变化的曲线图，图中，曲线31表示PI控制方式下，控本文档来自技高网...

【技术保护点】
光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤一、通过逆变器以扰动电流注入法向电网中注入设定频率的扰动电流，然后利用检测元件检测出并网点处的电压和电流响应，再结合信号处理技术，分离出所注入特定次谐波分量的模值，根据该模值获得等效的电网电阻Rg和电网电感Lg，步骤二、将逆变器桥臂输出的正弦脉宽调制电压等效为一个电压源，并根据步骤一中获得的电网电阻Rg和电网电感Lg，建立LC型单相光伏并网逆变器并网电流控制回路的受控对象的传递函数Go(s)，对该传递函数Go(s)进行离散化，得到相应的离散化表达式Go(z‑1)，步骤三、采用准PRD控制器作为电流内环的控制器，准PRD控制器的传递函数表达式为Gc(s)=Kp+2Krωcss2+2ωcs+ω02+Kds1+τs,]]>其中，Kp为准PRD控制器比例系数，Kr为准PRD控制器谐振系数，Kd为准PRD控制器微分系数，ω0为基波对应的角频率，ωc为截止角频率，为低通滤波环节，τ为滤波环节中的延迟时间；对准PRD控制器的传递函数Gc(s)进行离散化，获得其离散化表达式Gc(z‑1)，对离散化表达式Gc(z‑1)进行变换得到差分方程：u(k)＝b0e(k)+b1e(k‑1)+b2e(k‑2)+b3e(k‑3)‑a1u(k‑1)‑a2u(k‑2)‑a3u(k‑3)，其中，k为采样步数，u(k)为第k个采样周期内，准PRD数字控制器的输出量，e(k)为控制器的输入量，也即给定电流与实际电流的差值，ai和bj为系统参数，i＝1，2，3；j＝1，2，3；a1=(3T+2τ)T2ω02+(T-2τ)4Tωc-4(T+6τ)(T+2τ)(4+4Tωc+T2ω02),]]>a2=(3T-2τ)T2ω02-4Tωc(T+2τ)-4(T-6τ)(T+2τ)(4+4Tωc+T2ω02),]]>a3=(T-2τ)(T2ω02-4Tωc+4)(T+2τ)(4+4Tωc+T2ω02),]]>b0=Kp+4KrTωc4+4Tωc+T2ω02+2KdT+2τ,]]>b1=Kp[(3T+2τ)T2ω02+4Tωc(T-2τ)-4(T+6τ)]+Kr·4Tωc(T-2τ)+2Kd(T2ω02-4Tωc-12)(T+2τ)(4+4Tωc+T2ω02),]]>b2=Kp[(3T-2τ)T2ω02-4Tωc(T+2τ)-4(T-6τ)]-Kr·4Tωc(T+2τ)+2Kd(12-4Tωc-T2ω02)(T+2τ)(4+4Tωc+T2ω02),]]>b3=Kp[(T-2τ)T2ω02-4Tωc(T-2τ)+4(T-2τ)]-Kr·4Tωc(T-2τ)-2Kd(4-4Tωc+T2ω02)(T+2τ)(4+4Tωc+T2ω02),]]>步骤四、根据准PRD控制器理想闭环极点的位置，获得理想的闭环特征方程Am(z‑1)，根据步骤二得到的受控对象传递函数Go(z‑1)和步骤三得到的准PRD控制器传递函数Gc(z‑1)，获得系统实际的闭环特征方程Ac(z‑1)，令Ac(z‑1)＝Am(z‑1)，获得准PRD控制器的控制参数Kp、Kr、Kd与电网电阻Rg和电网电感Lg的关系式，当电网电阻Rg和电网电感Lg发生变化时，逆变器根据步骤三中的差分方程实现准PRD控制器的输出，以实现自适应准PRD控制器对光伏并网逆变器的控制。...

【技术特征摘要】
1.光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤一、通过逆变器以扰动电流注入法向电网中注入设定频率的扰动电流，然后利用检测元件检测出并网点处的电压和电流响应，再结合信号处理技术，分离出所注入特定次谐波分量的模值，根据该模值获得等效的电网电阻Rg和电网电感Lg，步骤二、将逆变器桥臂输出的正弦脉宽调制电压等效为一个电压源，并根据步骤一中获得的电网电阻Rg和电网电感Lg，建立LC型单相光伏并网逆变器并网电流控制回路的受控对象的传递函数Go(s)，对该传递函数Go(s)进行离散化，得到相应的离散化表达式Go(z-1)，步骤三、采用准PRD控制器作为电流内环的控制器，准PRD控制器的传递函数表达式为其中，Kp为准PRD控制器比例系数，Kr为准PRD控制器谐振系数，Kd为准PRD控制器微分系数，ω0为基波对应的角频率，ωc为截止角频率，为低通滤波环节，τ为滤波环节中的延迟时间；对准PRD控制器的传递函数Gc(s)进行离散化，获得其离散化表达式Gc(z-1)，对离散化表达式Gc(z-1)进行变换得到差分方程：u(k)＝b0e(k)+b1e(k-1)+b2e(k-2)+b3e(k-3)-a1u(k-1)-a2u(k-2)-a3u(k-3)，其中，k为采样步数，u(k)为第k个采样周期内，准PRD数字控制器的输出量，e(k)为控制器的输入量，也即给定电流与实际电流的差值，ai和bj为系统参数，i＝1，2，3；j＝0，1，2，3；T为采样时间；步骤四、根据准PRD控制器理想闭环极点的位置，获得理想的闭环特征方程Am(z-1)，根据步骤二得到的受控对象传递函数Go(z-1)和步骤三得到的准PRD控制器传递函数Gc(z-1)，获得系统实际的闭环特征方程Ac(z-1)，令Ac(z-1)＝Am(z-1)，获得准PRD控制器的控制参数Kp、Kr、Kd与电网电阻Rg和电网电感Lg的关系式，当电网电阻Rg和电网电感Lg发生变化时，逆变器根据步骤三中的差分方程实现准PRD控制器的输出，以实现自适应准PRD控制器对光伏并网逆变器的控制。2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，其特征在于，步骤一中，扰动电流注入法采用的是双谐波电流扰动注入法，即注入的扰动电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫，刘桂花，刘鸿鹏，曹小娇，吴辉，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23