自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法技术方案

一种自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法，包括：在LCL型并网逆变器系统中加入超前校正环节，并预先配置超前校正环节的参数；利用小信号注入法实时测量电网感抗值L

Adaptive method to improve the stability of LCL type grid connected inverter system under weak current network

An adaptive method to improve the stability of LCL type grid connected inverter system, weak network conditions include: adding a lead correction link in the system of LCL type grid connected inverter, and pre configured lead correction link parameters; injection method to measure the grid inductance values by using the small signal L

【技术实现步骤摘要】
自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法
本专利技术涉及一种LCL型并网逆变器稳定性的方法。特别是涉及一种基于相位裕度补偿的自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法。
技术介绍
以太阳能、风能等可再生能源为代表的分布式发电系统在电力系统中的应用比重日益增加。并网逆变器作为分布式能源与电网的接口单元，如何提高并网逆变器的稳定性至关重要。LCL滤波器与单L滤波器相比，由于电容支路的增加，使得LCL滤波器对高次谐波呈现高阻抗，具有更好的高次谐波衰减能力。LCL滤波器在总电感值比单L滤波器电感值小得多的情况下，可以实现相同的滤波效果，但LCL滤波的逆变器是一个三阶系统，控制较为复杂，容易产生谐振问题，严重影响并网逆变器的稳定性。近些年来，电力电子装置被大量应用于电网，由此产生的很多非线性负载给电网带来了谐波污染问题，使电网条件变得更为恶劣。我国可开发的太阳能、风能等可再生能源主要集中于西北部等偏远地区，为了将可再生能源发电装置产生的电能向用电高峰区输送，并网逆变器与电网之间需要长距离的传输线路和大量的变压装置。长电缆及大量的变压装置使得电网公共耦合点处阻抗较大，此时电网无法被等效为理想的电压源，这种类型的电网被称为弱电网，且阻抗主要呈现感性。电网阻抗的存在对并网逆变器的稳定性造成明显的影响。电网阻抗的变化不会使系统有源阻尼失效而产生谐振问题，但会使得并网系统的稳定裕度降低。当并网系统的稳定裕度减小到零时，并网系统会出现不稳定现象，影响LCL型并网逆变器的安全稳定运行。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够保证LCL型并网逆变器的安全稳定运行的自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法，包括如下步骤：1)在LCL型并网逆变器系统中加入超前校正环节，并预先配置超前校正环节的参数；2)利用小信号注入法实时测量电网感抗值Lg；3)判断是否需要进行超前校正环节参数整定，若不需要则结束，若需要则整定超前校正环节中超前网络的分度系数a和时间常数T，整定超前校正环节的调节系数ka。步骤1)包括：超前校正环节能够补偿LCL型并网逆变器系统中特定频率处的相位，超前校正环节包括两部分：超前网络和超前校正环节的调节系数，超前校正环节的数学模型为Ge(s)，Ge(s)的表达式如下：Ge(s)＝kaGa(s)(1)式中，ka为超前校正环节的调节系数；Ga(s)为超前网络的数学模型，Ga(s)的表达式如下：式中，a为超前网络的分度系数，T为超前网络的时间常数，s为拉普拉斯算子，超前网络在最大超前角频率ωm处，具有最大相角补偿量最大超前角频率ωm的表达式如下：最大相角补偿量的表达式如下：预先配置超前校正环节的参数，令a＝1，T＝1，ka＝1。步骤2)包括：在并网电流的基准电流iref上注入一定幅值的高频测量电流ih，对并网电压upcc和并网电流ig进行FFT分析，分别得到并网电压upcc和并网电流ig在测量频率fh处的分量幅值和分量相位信息，基于所述的分量幅值和分量相位信息通过如下公式计算得到电网感抗值Lg：其中，|upcc(fh)|为并网电压upcc在测量频率fh频率处的分量幅值，∠upcc(fh)为并网电压upcc在测量频率fh频率处的分量相位，|ig(fh)|为并网电流ig在测量频率fh频率处的分量幅值，∠ig(fh)为并网电流ig在测量频率fh频率处的分量相位。步骤3)包括：(1)计算超前校正环节参数整定前LCL型并网逆变器系统的相角裕量γ0，超前校正环节参数整定前LCL型并网逆变器系统的开环传递函数Go0(s)表示为：式中，ig(s)为并网电流ig的复数域形式，iref(s)为并网电流的基准电流iref的复数域形式，KPWM为脉冲宽度调制的等效增益，Gi(s)为电流控制器的复数域形式，L1、L2、C分别为逆变器侧电感、电网侧电感、滤波电容，Lg为电网感抗，kc为电容电流有源阻尼系数，s为拉普拉斯算子，j为虚数单位；电流控制器Gi(s)的表达式如下：上式中kp为电流控制器Gi(s)的比例调节系数，ki为电流控制器Gi(s)的积分调节系数，。将s＝jωc0代入超前校正环节参数整定前LCL型并网逆变器系统的开环传递函数Go0(s)中，并忽略滤波电容的影响，当|Go0(jwc0)|＝1时，得到超前校正环节参数整定前LCL型并网逆变器系统开环截止频率ωc0的表达式为：通过开环截止频率ωc0的表达式，得出ωc0的值，超前校正环节参数整定前LCL型并网逆变器系统的相角裕量γ0为：上式中，ωr为LCL型并网逆变器系统谐振频率，ωr的表达式如下：(2)判断是否需要进行超前校正环节参数整定，设定LCL型并网逆变器系统的最小相角裕量值为γmin，当γ0≥γmin时，不需要进行整定，则结束；当γ0<γmin时，需要整定，并且令最大相角补偿量(3)整定超前网络Ga(s)的分度系数a和时间常数T，根据最大相角补偿量的数值，由下式得出超前网络Ga(s)的分度系数a将最大超前角频率ωm设置为超前校正环节参数整定前LCL型并网逆变器系统开环截止频率ωc0，即令ωm＝ωc0，由下式得出超前网络Ga(s)的时间常数T(4)整定超前校正环节的调节系数ka，首先给出超前校正环节参数整定后LCL型并网逆变器系统的开环传递函数Go1(s)的公式：将s＝jωc1代入Go1(s)公式，并忽略滤波电容的影响，当|Go1(jwc1)|＝1时，得到超前校正环节参数整定后LCL型并网逆变器系统开环截止频率ωc1的表达式如下：超前校正环节参数整定后LCL型并网逆变器系统的相频特性公式如下：上式中ω为角频率，记相频特性在ω0～ωg的频率范围内峰值对应的频率为ωp，其中ω0为基波频率，ωg为相角穿越频率，得到峰值频率ωp的表达式如下：通过峰值频率ωp的表达式解得ωp的值，将超前校正环节参数整定后LCL型并网逆变器系统开环传递函数Go1(s)的截止频率表示为ωc1，令ωc1＝ωp，于是根据超前校正环节参数整定后LCL型并网逆变器系统开环截止频率ωc1的表达式，得到调节系数ka的值为：将整定后的超前校正环节参数a、T、ka代入超前校正环节，增加了LCL型并网逆变器系统的相角裕量，提高了LCL型并网逆变器系统的稳定性。本专利技术的自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法，在LCL型并网逆变器系统中加入超前校正环节，通过小信号注入法测量电网阻抗，并在系统相角裕量不足时整定超前校正环节的参数来补偿系统相位，依靠电网阻抗的测量结果自适应地调节超前校正环节的参数以实现对系统相位裕度的补偿，可使系统维持足够的稳定裕度，保证系统的安全稳定运行。本专利技术通过采用超前校正环节的方法来自适应地补偿弱电网条件下LCL型并网逆变器系统的相位裕度，提高并网系统的稳定性。该方法只需通过测量电网阻抗的数值，并配置超前校正环节的参数，即可自适应地改变系统的相位裕度，提高并网系统的稳定性。附图说明图1是加入超前校正环节后LCL型并网逆变器系统框图；图2是本专利技术自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法的流程图；图3是本专利技术中超前校正环节参数整定流程图；图4是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在LCL型并网逆变器系统中加入超前校正环节，并预先配置超前校正环节的参数；2)利用小信号注入法实时测量电网感抗值L

【技术特征摘要】
1.一种自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在LCL型并网逆变器系统中加入超前校正环节，并预先配置超前校正环节的参数；2)利用小信号注入法实时测量电网感抗值Lg；3)判断是否需要进行超前校正环节参数整定，若不需要则结束，若需要则整定超前校正环节中超前网络的分度系数a和时间常数T，整定超前校正环节的调节系数ka。2.根据权利要求1所述的自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法，其特征在于，步骤1)包括：超前校正环节能够补偿LCL型并网逆变器系统中特定频率处的相位，超前校正环节包括两部分：超前网络和超前校正环节的调节系数，超前校正环节的数学模型为Ge(s)，Ge(s)的表达式如下：Ge(s)＝kaGa(s)(1)式中，ka为超前校正环节的调节系数；Ga(s)为超前网络的数学模型，Ga(s)的表达式如下：式中，a为超前网络的分度系数，T为超前网络的时间常数，s为拉普拉斯算子，超前网络在最大超前角频率ωm处，具有最大相角补偿量最大超前角频率ωm的表达式如下：最大相角补偿量的表达式如下：预先配置超前校正环节的参数，令a＝1，T＝1，ka＝1。3.根据权利要求1所述的自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法，其特征在于，步骤2)包括：在并网电流的基准电流iref上注入一定幅值的高频测量电流ih，对并网电压upcc和并网电流ig进行FFT分析，分别得到并网电压upcc和并网电流ig在测量频率fh处的分量幅值和分量相位信息，基于所述的分量幅值和分量相位信息通过如下公式计算得到电网感抗值Lg：其中，|upcc(fh)|为并网电压upcc在测量频率fh频率处的分量幅值，∠upcc(fh)为并网电压upcc在测量频率fh频率处的分量相位，|ig(fh)|为并网电流ig在测量频率fh频率处的分量幅值，∠ig(fh)为并网电流ig在测量频率fh频率处的分量相位。4.根据权利要求1所述的自适应提高弱电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定性方法，其特征在于，步骤3)包括：(1)计算超前校正环节参数整定前LCL型并网逆变器系统的相角裕量γ0，超前校正环节参数整定前LCL型并网逆变器系统的开环传递函数Go0(s)表示为：式中，ig(s)为并网电流ig的复数域形式，iref(s)为并网电流的基准电流iref的复数域形式，KPWM为脉冲宽度调制的等效增益，Gi(s)为电流控制器的复数域形式，L1、L2、C分别为逆变器侧电感、电网侧电感、滤波电容，Lg为电网感抗，kc为电容电流有源阻尼系数，s为拉普拉斯算子，j为虚数单位；电流控制器Gi(s)的表达式如下：上式中kp为电流控制器Gi(s)的比例调节系数，ki为电流控制器Gi(s)的积分调节系数，。将s＝jωc0代入超前校正环节参数整定前LCL型并网逆变器系统的开环传递函数Go0(s)中，并忽略滤波电容的影响，当|Go0(jwc0)|＝1时，得到超前校正...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，武昭，张新宗，孙健，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，国网北京市电力公司，
类型：发明
国别省市：河北,13