一种多并联光伏并网逆变器设计方法技术

本发明专利技术公开了一种多并联光伏并网逆变器设计方法，包括以下步骤：步骤1)求出LCL滤波器的逆变器侧电感L

Design method of multi parallel photovoltaic grid connected inverter

The invention discloses a design method of a multi parallel photovoltaic grid connected inverter, comprising the following steps: Step 1) finding the inverter side inductor LCL of the L filter;

【技术实现步骤摘要】
一种多并联光伏并网逆变器设计方法
本专利技术涉及电路领域，更为具体地，涉及多并联光伏并网逆变器设计方法。
技术介绍
随着光伏电池成本不断降低、光伏发电技术日趋成熟，光伏发电占总发电量比重越来越高。作为未来光伏发展的重要趋势，大型光伏电站和大容量的分布式发电多采用多个光伏并网逆变器并联连接方式集中并网。电网中不可避免地存在电网阻抗，且电网运行方式的改变，也会引起电网阻抗的变化。当电网阻抗变化时，可能引发多并联光伏并网逆变器的稳定性以及并网电流谐波含量超标等问题。电网阻抗的存在会影响多并联光伏并网逆变器的电流环控制，降低系统的相位裕度，影响系统的稳定性。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的是提供一种多并联光伏并网逆变器设计方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，一种多并联光伏并网逆变器设计方法，包括以下步骤：步骤1)根据系统的功率P，直流侧电压Udc，电网电压ug，开关频率fs，以及逆变侧电流纹波要求η，求出LCL滤波器的逆变器侧电感L1；步骤2)假设逆变器采用单电感L1滤波，设计控制器Gc(s)，并求出此时的系统开环截止频率ωc；步骤3)由谐振频率ωresm大于ωc，求出对应的滤波电容C1；步骤4)综合考虑LCL滤波器的滤波性能和成本，求出最优的电网侧电感L2，同时，校验fres0是否大于10倍的电网频率，且小于开关频率的一半，如不满足，可返回步骤3)，调整C1的取值；步骤5)设计有源阻尼系数kd，画出系统开环传递函数Bode图，检验系统控制性能是否满足要求，如不满足，调整控制器Gc(s)的参数。进一步，所述的逆变器侧电感L1通过以下方法获取：由公式L1≥Udcug/4ugPfs得L1的取值范围。进一步，当逆变器采用单电感L1滤波时，系统的开环传递函数为选取系统的相角裕度和工频幅值增益，确定控制器Gc(s)类型及参数和开环截止频率ωc；其中Gd(s)表示数字控制器，KPWM表示逆变桥增益。进一步，滤波电容C1通过以下方法获得：由公式得C1的取值范围；ωc表示开环截止频率。进一步，当LCL滤波器的纹波衰减倍数最大时，求出此时对应的电网侧电感L2；由工程经验确定电容电流闭环系统阻尼比ζ的大小，由公式可以求出有源阻尼系数kd。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术在不同的电网阻抗下均能实现稳定并网，且并网电流波形良好，对电网阻抗具有很强的适应性。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1为多并联光伏并网逆变器结构图；图2为单相光伏并网逆变器的控制结构图；图3为单相光伏并网逆变器的电流环控制框图；图4为各台光伏并网逆变器的等效电路模型；图5为多并联光伏并网逆变器的等效阻抗模型；图6为多并联光伏并网逆变器的等效电流环控制框图；图7为有源阻尼下的LCL滤波器频率响应特性；图8为L1滤波和LCL滤波下系统开环传递函数Bode图；图9为不同频率下的光伏并网逆变器等效输出阻抗；图10为不同电网阻抗下并网点电压和并网电流仿真波形；(a)Lg＝0，(b)Lg＝2mH，(c)Lg＝10mH；图11为5台逆变器并联运行时的仿真波形(Lg＝2mH)，(a)为并网点电压和并网电流波形，(b)为电网电流波形。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。如图1所示为多并联光伏并网逆变器结构图，图中有n台单相光伏并网逆变器并联运行，逆变器输出通过LCL滤波器接入电网。其中，uri、i1i和i2i分别为第i台并网逆变器的输出电压、输出电流和并网电流，L1i、C1i和L2i分别为第i台逆变器的逆变侧电感、滤波电容和网侧电感，Zg＝Rg+sLg为电网阻抗，upcc为并网点电压，ug和ig分别为电网电压和电网电流。对于多并联三相光伏并网逆变器，由于三相并网逆变器在αβ静止坐标系下，两相之间相互独立，且电流控制环对称，因此可类比于单相并网逆变器控制。图1中每台单相光伏并网逆变器的详细控制结构如图2所示，其中udc为逆变器直流母线电压，idc为逆变器输入电流。由于电压外环的响应速度远小于电流内环响应速度，故可将直流母线电压认为是一常数，为Udc，本文仅从电流内环角度分析逆变器与电网之间的交互影响。图2中的单相逆变电路采用典型的全桥结构，ur为逆变桥输出电压，逆变桥输出通过LCL滤波器接入电网。锁相环PLL输出并网点电压upcc的同步信号sinθ，电流参考信号iref由参考电流幅值Iref与sinθ相乘获得，Gc为电流控制器，kd为电容电流有源阻尼系数，逆变器采用双极性SPWM调制。如图3所示为单相光伏并网逆变器的电流环控制框图，其中Gc(s)为电流控制器传递函数，Gd(s)为数字控制器计算、采样以及零阶保持器构成的延时环节，SPWM调制下的逆变桥增益KPWM＝Udc，这里设定三角载波幅值为1。考虑系统存在一拍的控制延时，由于并网逆变系统的开环截止频率通常远小于系统的奈奎斯特频率，在s域内使用式(1)来描述实际的数字计算延时、采样器以及零阶保持器，具有足够的精度。式(1)中Ts为系统的采样周期。由图3可得，给定参考电流下的系统开环传递函数为逆变器输出并网电流为其中G1(s)＝[s2L1C1+sGd(s)KPWMkdC1+1]/..[s3L1L2C1+s2Gd(s)KPWMkdL2C1+s(L1+L2)]，I*(s)为逆变器等效输出电流源，Yo(s)为逆变器等效输出导纳。假设图1中各台并网逆变器均采用相同的结构、参数以及控制策略，则各台并网逆变器的等效电路模型如图4所示。当n台光伏并网逆变器并联运行时，对于各台并网逆变器而言，等效地电网阻抗被放大了n倍。综上所述，多并联光伏并网逆变器的等效阻抗模型如图5所示，通常可以利用此阻抗模型来判断系统稳定性，以及系统是否发生谐振。对于图4所示的逆变器等效电路模型，其电流环控制框图如图6所示，当无并网点电压前馈时，电网阻抗可以看作网侧电感L2的一部分，因此有L2eq＝L2+nLg和Rgeq＝nRg。由图6可知，给定参考电流下的系统开环传递函数为其中G2(s)＝Rgeq(1+sGd(s)KPWMkdC1+s2L1C1)，G3(s)＝s(s2L1L2eqC1+sGd(s)KPWMkdL2eqC1+L1+L2eq)同样地，可以通过式(4)利用幅值或相角裕度来判断多并联光伏并网逆变器的稳定性。对于多并联光伏并网逆变器，其稳定性可以通过等效控制模型进行分析，通过计算系统的相角裕度是否大于零，进而判断系统是否处于稳定运行状态。当多并联光伏并网逆变器处于临界稳定状态时，系统的相角裕度γ＝0，即有下式成立：式(5)中ωc为系统的开环截止频率。在图5的等效阻抗模型中，当逆变器输出导纳Yo(s)与等效电网阻抗匹配时，系统出现谐振现象，阻抗匹配的条件如下式(6)所示。当发生阻抗匹配时，对于电网电压而言，系统处于串联谐振状态，此时若电网电压中含有对应频率的谐波电压分量，并网电流i2中会产生大量的谐波电流，影响逆变器的正常运行。当发生阻抗匹配时，对于逆变器的等效输出电流源而言，系统处于并联谐振状态，但由于阻抗模型中I*(s)是一个理想的基波电流源，且并联谐振相当于“断路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多并联光伏并网逆变器设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)根据系统的功率P，直流侧电压U

【技术特征摘要】
1.一种多并联光伏并网逆变器设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)根据系统的功率P，直流侧电压Udc，电网电压ug，开关频率fs，以及逆变侧电流纹波要求η，求出LCL滤波器的逆变器侧电感L1；步骤2)假设逆变器采用单电感L1滤波，设计控制器Gc(s)，并求出此时的系统开环截止频率ωc；步骤3)由谐振频率ωresm大于ωc，求出对应的滤波电容C1；步骤4)综合考虑LCL滤波器的滤波性能和成本，求出最优的电网侧电感L2，同时，校验fres0是否大于10倍的电网频率，且小于开关频率的一半，如不满足，可返回步骤3)，调整C1的取值；步骤5)设计有源阻尼系数kd，画出系统开环传递函数Bode图，检验系统控制性能是否满足要求，如不满足，调整控制器Gc(s)的参数。2.根据权利要求1所述的一种多并联光伏并网逆变器设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：解宝，周林，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50