一种单相LCL型并网逆变器双环控制方法技术

本发明专利技术涉及一种单相LCL型并网逆变器双环控制方法，包括以下步骤：S1：入网电流实测值与入网电流参考值求差后，经重复模糊RP控制器得到滤波电容电流参考值；S2：滤波电容电流实测值与滤波电容电流参考值求差后，经内环比例控制器得到电流控制值；S3：电流控制值输入到SPWM模块，得到四个开关驱动信号，控制单相LCL型并网逆变器中开关器件的关断和导通；所述内环比例控制器的比例参数K

Dual loop control method for single-phase LCL type grid connected inverter

The invention relates to a single-phase LCL inverter with dual loop control method comprises the following steps: S1, the output current of the measured value and the net current reference value difference, the repeated fuzzy RP controller to get the filter capacitor current reference value; S2: the capacitor current measured value and the filter capacitor current reference value difference, the inner ring the proportional controller current control value; S3: current control input to the SPWM module, four switch drive signal, switch control device of single-phase LCL inverter in shutdown and conduction; the proportion of the proportion of inner parameters of K controller

【技术实现步骤摘要】
一种单相LCL型并网逆变器双环控制方法
本专利技术涉及逆变器控制领域，尤其是涉及一种单相LCL型并网逆变器双环控制方法。
技术介绍
现代社会随着经济发展和能源消耗，传统的化石能源造成的污染以及其自身的枯竭问题已经不可避免，人类把更多的目光放在可再生能源上。风能和太阳能则是干净无污染的新能源，蕴含量丰富，为首要之选。而逆变器技术，则是新能源接入电网过程中极其重要的技术之一。逆变器是微电网并网的关键器件，并网逆变器的控制技术也逐渐成为微电网并网的重点。并网逆变器的控制根据控制对象可以大致分为三类：电流控制、电压控制、模拟同步电机控制，其中常见的是并网逆变器的电流控制。电流控制是指控制入网电流完成对电网电压同频同相的跟踪，同时满足系统输出的功率因数cos为1，且使入网电流的谐波畸变应尽量小。因此对逆变器并网系统中的滤波器设计至关重要。与L型、LC型滤波器相比，LCL型滤波器具有体积小、成本小、损耗小的优点，且对高频谐波电流有较好的衰减作用，同时LCL型滤波器是三阶系统因阻尼较小，其引起的谐振问题成为目前研究的热点。逆变器电流控制策略常见的有PI控制、PR控制、重复控制、无差拍控制，滞环控制等。PI环节在提高系统快速性的同时也存在相位误差。PR环节用以消除相位误差，但是PR控制器参数难以调整，无法自适应调节外界干扰对系统性能的影响。LCL型逆变器系统的复杂性以及传统电流控制的局限性，因此，研究LCL滤波器下的并网逆变器控制方法具有重要的理论和实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的LCL型并网逆变器是一个三阶多变量系统、入网电流单环控制难以满足系统的稳定性的缺陷，而提供一种单相LCL型并网逆变器双环控制方法，该方法能够在保证系统稳定的前提下，提高入网电流的波形质量、跟踪精度和功率因数，同时有利于对桥臂开关管的保护，保证整个逆变器系统安全可靠的运行。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种单相LCL型并网逆变器双环控制方法包括以下步骤：S1：入网电流实测值与入网电流参考值求差后，经重复模糊RP控制器得到滤波电容电流参考值；S2：滤波电容电流实测值与滤波电容电流参考值求差后，经内环比例控制器得到电流控制值；S3：电流控制值输入到SPWM模块，得到四个开关驱动信号，控制单相LCL型并网逆变器中开关器件的关断和导通；所述内环比例控制器的比例参数Kc与振荡环节的阻尼比成正比例关系，Kc取值范围为0.12-0.30。所述比例参数Kc取值为0.20。所述重复模糊PR控制器包括重复控制器和模糊PR控制器，所述步骤S1中，入网电流实测值与入网电流参考值的差值e分别经过重复控制器和模糊PR控制器后，对应得到第一电流值和第二电流值，第一电流值和第二电流值相加得到滤波电容电流参考值。所述重复控制器的传递函数G(z)满足以下公式；其中，z-N为延时环节，N为一个周期内采样次数，滤波器Q(z)为小于1的常数，Gc(z)为补偿器，用以提供相位补偿和幅值补偿；所述补偿器Gc(z)满足公式：Gc(z)＝Kr*zk*S(z)，其中，Kr为重复控制增益，取小于1或等于1的常数，S(z)为二阶滤波器，zk为超前环节，上标系数k取正整数。所述滤波器Q(z)取值为0.95，重复控制增益Kr取值为1，二阶滤波器S(z)的截止频率取值为6500rad/s，阻尼系数取值为0.7，上标系数k取值为5。所述模糊PR控制器的处理过程为：1)获取差值e的差值变化率de；2)将差值e和差值变化率de输入模糊控制器得到比例增益变化量ΔKP和谐振增益变化量ΔKR；3)得到在线调整后的RP控制器的比例系数KP和谐振系数KR，KP＝KP0+ΔKP·K，KR＝KR+ΔKR·K，KP0为单一RP控制器控制下的比例系数，KR0为单一RP控制器控制下的谐振系数，K为影响因子；4)将差值e输入基于比例系数KP和谐振系数KR的PR控制器，得到第二电流值。所述PR控制器的传递函数GPR(s)满足以下公式：其中，ω0为谐振角频率，与电网的基波角频率有关。所述单一RP控制器控制下的比例系数KP0取值范围为0.8-2.3，单一RP控制器控制下的谐振系数KR0取值范围为30-50。所述单一RP控制器控制下的比例系数KP0取值为1.15，单一RP控制器控制下的谐振系数KR0取值为41.6。与现有技术相比，如比例积分控制及准谐振控制，本专利技术具有以下优点：1、内环采用比例调节增加系统阻尼以抑制高频谐振问题，外环控制可实现对入网电流的直接控制，并且外环控制采用重复+模糊PR控制，在基波处可实现无穷大增益，能够有效跟踪交流指令信号，有利于提高入网电流的控制精度，基本实现无静差跟踪，并且提高了入网电流的功率因数。2、采用双环控制增大了系统阻尼，有效抑制了系统谐振峰值，提高了系统稳定性，相比于传统的PI控制和准谐振控制，在相同参数条件下，系统具有更大的稳定裕度，可靠性大大增强。3、本专利技术提出的基于新型电流控制的LCL并网逆变器双环控制方法，拥有控制精度高，跟踪效果好，功率因数高以及系统可靠性强等优点，适合于太阳能发电、风力等新能源并网系统，并且可推广到其它单相或者三相并网逆变器的控制方法当中。4、本专利技术方法中针对控制参数进行合理设计，特别地，比例参数Kc取值为0.20，可以对LCL滤波器实现从欠阻尼到过阻尼全范围内的阻尼，且不会产生能耗，对高频谐波的衰减依然保持较好的能力，单一RP控制器控制下的比例系数KP0取值为1.15，谐振系数KR0取值为41.6，KP0影响系统比例增益，增大其值可以加快系统响应速度，提高精度；KR0影响系统谐振峰值和带宽，增大其值可以减小系统稳态误差，起着和谐振系数相似的作用，从而使得系统中各个控制器之间相互配合，不仅达到更好的单相LCL并网逆变器的输出电流电压质量，而且通用性强，操作简单易于实现，具备相当的良好的稳定性和鲁棒性，可直接应用于不同的新能源并网系统中。附图说明图1为单相LCL型并网逆变器系统的电路拓扑结构图；图2为本专利技术方法的控制框图；图3为PR控制器和PI控制器的伯德图；图4为重复控制框图；图5为系统加入重复控制前后的对比伯德图；图6为系统的模糊PR控制框图；图7为本专利技术方法控制下电压与电流波形图；图8为指令电流突变时重复PR控制下入网电流波形图；图9为指令电流突变时本专利技术方法控制下入网电流波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。单相LCL型并网逆变器系统如1所示，包括依次连接的直流输入电压源Udc、基于高频开关脉宽调制控制的单相逆变器(包括开关管Q1-Q4)、LCL滤波器(包括连接逆变桥侧的电感L1、滤波电容C和连接电网的电感L2)，以及用于检测滤波电容支路电流ic和入网电流igrid的入检测变送器，其中，Us为并网电压，r1、r2为滤波电感的等效寄生电阻，微网新能源中的发电机用直流输入电压源Udc替代，将网侧电压Us看作扰动变量，将入网电流igrid看作输出变量，逆变器输出电压Uo看作输入变量，可以得到入网电流igrid与逆变器输出电压Uo的函数表达式：G(s)＝[L1L2Cs3+(r2L1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相LCL型并网逆变器双环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：入网电流实测值与入网电流参考值求差后，经重复模糊RP控制器得到滤波电容电流参考值；S2：滤波电容电流实测值与滤波电容电流参考值求差后，经内环比例控制器得到电流控制值；S3：电流控制值输入到SPWM模块，得到四个开关驱动信号，控制单相LCL型并网逆变器中开关器件的关断和导通；所述内环比例控制器的比例参数K

【技术特征摘要】
1.一种单相LCL型并网逆变器双环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：入网电流实测值与入网电流参考值求差后，经重复模糊RP控制器得到滤波电容电流参考值；S2：滤波电容电流实测值与滤波电容电流参考值求差后，经内环比例控制器得到电流控制值；S3：电流控制值输入到SPWM模块，得到四个开关驱动信号，控制单相LCL型并网逆变器中开关器件的关断和导通；所述内环比例控制器的比例参数Kc与振荡环节的阻尼比成正比例关系，Kc取值范围为0.12-0.30。2.根据权利要求1所述的一种单相LCL型并网逆变器双环控制方法，其特征在于，所述比例参数Kc取值为0.20。3.根据权利要求1所述的一种单相LCL型并网逆变器双环控制方法，其特征在于，所述重复模糊PR控制器包括重复控制器和模糊PR控制器，所述步骤S1中，入网电流实测值与入网电流参考值的差值e分别经过重复控制器和模糊PR控制器后，对应得到第一电流值和第二电流值，第一电流值和第二电流值相加得到滤波电容电流参考值。4.根据权利要求3所述的一种单相LCL型并网逆变器双环控制方法，其特征在于，所述重复控制器的传递函数G(z)满足以下公式；其中，z-N为延时环节，N为一个周期内采样次数，滤波器Q(z)为小于1的常数，Gc(z)为补偿器，用以提供相位补偿和幅值补偿；所述补偿器Gc(z)满足公式：Gc(z)＝Kr*zk*S(z)，其中，Kr为重复控制增益，取小于1或等于1的常数，S(z)为二阶滤波器，zk为超前环节，上标系数k取正整数。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭红，王创典，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31