一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于弱电网工况的逆变器功率‑电压控制方法，所述控制方法基于逆变器的LCL型滤波器结构，以有功功率、无功功率为控制目标，采用功率外环、电压内环的双环控制结构；采用锁相环跟踪电网相位，以该相位为基准控制LCL滤波电容的电压，从而调节逆变器并网的功率。本发明专利技术在传统功率‑电流控制方法的基础上，采用电压内环控制取代传统控制方法的电流内环，在弱电网高阻抗条件下可依然维持LCL滤波电容电压在一定水平，从而提高逆变器弱电网工况的运行稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可再生能源发电功率变换系统的并网控制方法，具体地，涉及一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法。
技术介绍
并网逆变器的传统功率-电流控制方法，其控制结构如图1所示。这种控制方法采用锁相环观测电网电压相位，并以注入电流的方式实现功率调节。具有有功功率、无功功率控制解耦，响应快速，电流控制质量高等优势。然而，传统功率-电流控制的上述优势是在电网阻抗较小的强电网环境下实现的，并且这种控制方法在设计调节器参数时假设电网是阻抗为零的理想电网。随着线路阻抗增大，电网进一步表现出弱电网特性。功率-电流控制下并网逆变器的电流控制特性随电网阻抗增大而恶化，引发包括电网电压畸变、谐波振荡等在内的一系列交互稳定问题，危及逆变器的安全稳定运行。经检索，公开号为CN103475029A、申请号为201310449942.3的中国专利技术专利，该专利公开了一种基于极点配置的三相LCL型并网逆变器控制系统及方法，该并网控制方法不仅可以在弱电网条件下实现系统稳定、高质量并网，而且避免了复杂的电流控制器设计、坐标旋转变换和解耦控制。同时，根据外部给定的无功功率给定信号，能自动调节并网电流参考值，实现无功功率独立控制。上述专利在传统功率-电流控制方法的基础上，通过引入极点配置等辅助控制环路，在一定程度抑制由电网阻抗引起的并网系统不稳定问题。然而上述专利提供的极点配置方法需要在电网线路阻抗已知的条件下进行，一方面计算状态反馈系数过于繁琐，并且过多的状态检测模块与控制模块增大了控制的复杂程度；另一方面，该方法抑制电网阻抗引起的不稳定是局部的，受电网阻抗、稳态工作点影响较大。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法，能够提高逆变器弱电网工况的运行稳定性，且本专利技术提出的功率-
电压控制方法结构简单，设计控制参数无需已知电网阻抗，大幅度提高并网逆变器运行的稳定裕度，消除了其与弱电网高线路阻抗之间的谐振，因而具备更佳的电网适应性。为实现以上目的，本专利技术提供一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法，所述方法基于逆变器的LCL型滤波器结构，采用锁相环跟踪电网相位，以该相位为基准控制LCL滤波电容电压的d轴分量和q轴分量，从而调节逆变器并网的功率；其中：所述方法在现有功率-电流控制方法的基础上，采用电压内环控制取代现有功率-电流控制方法的电流内环，以有功功率、无功功率为控制目标，采用功率外环、电压内环的双环控制结构，所述功率外环包含有功功率控制环和无功功率控制环，所述电压内环包含d轴电压控制环和q轴电压控制环。优选地，所述方法通过控制LCL型滤波器的滤波电容的电压控制并网功率，由于电网与滤波电容之间通过电感连接，调节电容电压q轴分量控制逆变器并网的有功功率，相应地调节电容电压d轴分量控制并网的无功功率。优选地，由于有功控制环、无功控制环具有相同的控制结构，所述有功功率控制环、无功功率控制环，它们的调节器设计相同的控制参数；所述d轴、q轴的电压内环设计相同的控制参数；所述功率外环、电压内环，它们的带宽按照1:10的关系分配。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术所述控制方法基于逆变器的LCL型滤波器结构，在传统功率-电流控制方法的基础上，采用电压内环控制取代传统控制方法的电流内环，在弱电网高阻抗条件下可依然维持LCL滤波电容电压在一定水平，从而提高逆变器弱电网工况的运行稳定性。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为逆变器的传统功率-电流控制结构；图2是本专利技术一实施例的逆变器功率-电压控制结构；图3是本专利技术一实施例的dq坐标系下系统电压矢量图；图4是本专利技术一实施例的有功功率及无功功率控制框图；图5是本专利技术一实施例的电压内环的控制框图；图6是本专利技术一实施例的锁相环的控制框图；图7是本专利技术一仿真实施例的电网变弱仿真波形图，其中：(a)功率-电流控制策略，(b)功率-电压控制策略；图8是本专利技术一仿真实施例的弱电网下增大锁相环带宽仿真波形，其中：(a)功率-电流控制策略，(b)功率-电压控制策略。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术所述控制方法基于逆变器的LCL型滤波器结构，主要包括外环功率控制、内环电压控制，在逆变器传统功率-电流控制方法的基础上，采用电压内环控制取代传统控制方法的电流内环。采用锁相环跟踪电网相位，其输出角度用作abc/dq坐标变换，以此为基准控制LCL滤波电容的电压，从而调节逆变器并网的功率。由于电网与滤波电容之间通过电感连接，调节电容电压q轴分量控制逆变器并网的有功功率，相应地调节电容电压d轴分量控制并网的无功功率，从而调节逆变器并网的功率如图1所示，为逆变器的传统功率-电流控制结构，图中：L1、C、L2分别为滤波器侧电感、滤波电容、网侧电感；Rd为阻尼电阻；Lg为电网线路电感；Udc为直流母线电压；GiP(s)、GiQ(s)为功率环控制器，Gid(s)、Giq(s)分别为d轴、q轴电流控制器，此处均选择PI调节器。锁相环PLL观测电网电压相位，其输出角度用作abc/dq坐标变换。本专利技术提供一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法，在一实施例中，所述方法基于如图2所示的并网逆变器系统，以三相两电平桥式逆变器电路为例，不限定逆变器具体主电路拓扑与电压等级。图中，L1、C、L2分别为滤波器侧电感、滤波电容、网侧电感；Rd为阻尼电阻；Lg为电网线路电感；Udc为直流母线电压；GuP(s)、GuQ(s)为功率环控制器，Gud(s)、Guq(s)分别为d轴、q轴电压控制器，此处均选择PI调节器。此处，有功功率调节器输出作为q轴电压的参考量，无功功率调节器输出作为d轴电压参考量。本专利技术给出功率控制环、电压控制环的传递函数框图，基于静止abc坐标系到旋转dq坐标系的等幅值坐标变换，如图2所示电网电压Ug与d轴同向，Ug的q轴分量为零，
此时逆变器输出的有功功率P、无功功率Q可分别表示为 P = 3 2 ( U g d i g d + U g q i g q ) = 3 2 U g d i 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于弱电网工况的逆变器功率‑电压控制方法，其特征在于，所述方法基于逆变器的LCL型滤波器结构，采用锁相环跟踪电网相位，以该相位为基准控制LCL滤波电容电压的d轴分量和q轴分量，从而调节逆变器并网的功率；其中：所述方法在现有功率‑电流控制方法的基础上，采用电压内环控制取代现有功率‑电流控制方法的电流内环，以有功功率、无功功率为控制目标，采用功率外环、电压内环的双环控制结构，所述功率外环包含有功功率控制环和无功功率控制环，所述电压内环包含d轴电压控制环和q轴电压控制环。

【技术特征摘要】
1.一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法，其特征在于，所述方法基于逆变器的LCL型滤波器结构，采用锁相环跟踪电网相位，以该相位为基准控制LCL滤波电容电压的d轴分量和q轴分量，从而调节逆变器并网的功率；其中：所述方法在现有功率-电流控制方法的基础上，采用电压内环控制取代现有功率-电流控制方法的电流内环，以有功功率、无功功率为控制目标，采用功率外环、电压内环的双环控制结构，所述功率外环包含有功功率控制环和无功功率控制环，所述电压内环包含d轴电压控制环和q轴电压控制环。2.根据权利要求1所述的一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法，其特征在于，所述方法通过控制LCL型滤波器的滤波电容的电压控制并网功率，由于电网与滤波电容之间通过电感连接，调节电容电压q轴分量控制逆变器并网的有功功率，相应地调节电容电压d轴分量控制并网的无功功率。3.根据权利要求1所述的一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法，其特征在于，所述有功功率控制环、无功功率控制环，它们的调节器设计相同的控制参数。4.根据权利要求1所述的一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法，其特征在于，所述d轴、q轴的电压内环设计相同的控制参数。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡旭，桑顺，高宁，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31