一种改善分布式光伏并网性能的超前滞后补偿方法技术

一种改善分布式光伏并网性能的超前滞后补偿方法，包括：确定双闭环控制下分布式光伏并网系统中电容电流反馈系数；采用测量阻抗均值法实现分布式光伏并网系统的电网阻抗的实时测量；确定补偿后分布式光伏并网系统的相位超前环节和相位滞后环节的参数。本发明专利技术的方法通过电网阻抗的实时测量、相位超前和滞后环节的加入，在满足系统稳定性的基础上维持了系统开环增益不变，同时保证了系统良好的高频谐波衰减特性，使双闭环控制下分布式光伏并网性能得到改善。即使在电网阻抗不断变化的环境下该方法也可以保证并网系统的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种改善分布式光伏并网性能的超前滞后补偿方法
本专利技术涉及一种分布式光伏并网性能改善方法。特别是涉及一种一种改善分布式光伏并网性能的超前滞后补偿方法。
技术介绍
随着全球化石能源储藏量的不断下降以及由于化石能源燃烧引起的环境污染和温室效应的不断加剧，以太阳能和风能为代表的可再生清洁能源逐渐得到人们的关注。分布式光伏发电因地制宜与就近利用的特点使其具有广阔的发展前景。分布式光伏和电网一般通过并网逆变器相连，因此并网逆变器的性能对并网电流的总谐波畸变率(totalharmonicdistortion，THD)与功率因数(powerfactor，PF)有着决定性的作用。在LCL滤波器的总电感值与L滤波器电感值相等的情况下，LCL滤波器可以实现更好的高频谐波衰减；或在实现相同的高频谐波衰减效果情况下，LCL滤波器所需的总电感值相较于L滤波器要小得多，即在这种情况下，LCL滤波器的成本更低、体积更小。因此，实际应用中的并网逆变器一般采用LCL滤波器，但是LCL滤波器本身的高阶特性给并网系统带来的谐振尖峰会严重影响系统的稳定运行。于是，为了实现对LCL滤波器谐振尖峰的阻尼及对并网电流的直接控制，并网逆变器采用了电容电流内环并网电流外环双闭环控制系统。并网逆变器中的电力电子设备作为非线性装置不可避免的会在系统中引入谐波污染，进而影响系统的稳定运行，同时经过以往学者的研究发现，电网阻抗对系统的稳定性也会产生影响：电网阻抗的增加并不会使系统有源阻尼失效而引发谐波谐振，但是并网系统的幅值和相角裕度会逐渐降低甚至不满足系统稳定性的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种在满足系统稳定性的基础上维持了系统开环增益不变，同时保证了系统良好的高频谐波衰减特性，使双闭环控制下分布式光伏并网性能得到改善的改善分布式光伏并网性能的超前滞后补偿方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种改善分布式光伏并网性能的超前滞后补偿方法，包括如下步骤：1)确定双闭环控制下分布式光伏并网系统中电容电流反馈系数Hc；2)采用测量阻抗均值法实现分布式光伏并网系统的电网阻抗的实时测量；3)确定补偿后分布式光伏并网系统的相位超前环节Gq(s)和相位滞后环节Gh(s)的参数。步骤1)包括：由PI控制器构成的并网电流控制器的传递函数Gi2(s)：Gi2(s)＝KP+KI/s(1)式中，KP为PI控制器的比例调节系数，KI为PI控制器的积分调节系数，s为拉普拉斯算子；根据并网电流控制器的传递函数Gi2(s)得到双闭环控制下单相并网系统未加入补偿装置的开环传递函数Go(s)：式中，i2(s)和分别为并网电流和并网参考电流传递函数，KPWM为逆变桥比例增益，L1、L2和C分别为LCL滤波器逆变器侧电感、电网侧电感和LCL滤波器滤波电容；开环传递函数Go(s)中振荡环节对应的阻尼比η为阻尼比η的公式中给出了η与Hc的关系，从而得到电容电流反馈系数Hc其中，Lgr为系统一般工作环境下的电网电感经验参考值；阻尼比η取最佳阻尼比，即η＝0.707。步骤2)包括：电网电压相量公共连接点电压相量与并网电流相量之间的关系表示为式中，Zg(i)为第i个工作点处的电网阻抗，i＝1,2,3,...,n；得到第i个工作点处的电网阻抗模值|Zg(i)|：式中，|Ug|为测得的电网电压幅值；θg为测得的电网电压相位；|UPCC(i)|为第i个工作点处测得的PCC点电压幅值；θPCC(i)为第i个工作点处测得的PCC点电压相位；|I2(i)|为第i个工作点处测得的并网电流幅值；对n个工作点处的电网阻抗取平均指值作为最终的电网阻抗，同时也得到电网电感LgLg＝(|Zg(1)|+|Zg(2)|+...+|Zg(i)|+...+|Zg(n)|)/(2πf0n)(7)式中，f0为工频频率；测量阻抗均值法在不向系统加入扰动的情况下实时获取电网阻抗，有利于系统的安全稳定运行。步骤3)包括：(1)获得未补偿系统的相角裕度γ0将s＝jω代入补偿前系统的开环传递函数Go(s)，然后由|Go(jω)|＝1得到补偿前系统的截止频率ωc0，ωc0满足如下关系式式中，Leq＝L2+Lg，j为虚数单位；由上式计算得到补偿前系统的截止频率ωc0，通过截止频率ωc0获得未补偿系统的相角裕度γ0：式中，ωr为LCL滤波器的固有谐振角频率，满足首先设定一个满足系统稳定性要求的相角裕度γ，然后通过未补偿系统的相角裕度γ0与要求的相角裕度γ的比较来判断未补偿系统是否需要进行补偿；如果γ0≥γ，说明未补偿系统满足稳定性的要求，此时不需要对系统进行补偿，终止；如果γ0<γ，说明未补偿系统不满足要求的稳定裕度，则需要对未补偿系统进行补偿，进入下一步；(2)确定相位超前环节Gq(s)的参数相位超前环节Gq(s)公式如下：式中，τ1为相位超前环节的时间常数，q为相位超前环节的分度系数，满足q>1；相位超前环节的分度系数q根据下式求得式中，θm为超前环节最大相角补偿量，超前环节最大相角补偿量为θm＝γ-γ0+ε，其中ε是为了减小超前环节加入后截止频率ωc的偏移而留出的裕度；θm对应的角频率称为最大超前角频率ωm，将系统补偿后的截止频率ωc设置在ωm处，即使得ωm＝ωc；根据相位超前环节Gq(s)的特点，补偿后系统截止频率ωc同时也是最大超前角频率ωm满足下式20lg|Go(jωm)|＝-10lgq(12)整理后可以得到由上式解得最大超前角频率ωm；相位超前环节的时间常数τ1满足得到相位超前环节的分度系数q和时间常数τ1；(3)确定相位滞后环节Gh(s)的参数超前环节补偿后系统的相角裕度γq为令γq＝0，得到补偿后系统的相角穿越频率ωg；相位滞后环节Gh(s)的传递函数为式中，h为滞后环节的分度系数，满足0<h<1，τ2为滞后环节的时间常数；滞后环节的极点绝对值p和零点绝对值z分别为p＝1/τ2与z＝1/hτ2；极点绝对值p和零点绝对值z按如下要求配置：极点绝对值p选择在4倍的相角穿越频率ωg处，即满足零点绝对值z选择在9倍的相角穿越频率ωg处，即满足将相角穿越频率ωg代入1/τ2和1/hτ2便得到相位滞后环节Gh(s)的分度系数h和时间常数τ2；(4)对滞后环节补偿后系统相角裕度γqh的判断设滞后环节补偿后系统的开环传递函数Gqh(s)为Gqh(s)＝Go(s)Gq(s)Gh(s)(19)滞后环节补偿后系统的截止频率ωcqh满足下式|Go(jωcqh)Gq(jωcqh)Gh(jωcqh)|＝1(20)求解得补偿后系统的截止频率ωcqh，其中Go(jωcqh)、Gq(jωcqh)和Gh(jωcqh)分别为将s＝jωcqh代入补偿前系统的开环传递函数Go(s)、相位超前环节Gq(s)和相位滞后环节Gh(s)得到的表达式；滞后环节补偿后系统的相角裕度γqh为将补偿后系统的截止频率ωcqh代入滞后环节补偿后系统的相角裕度γqh的求解公式，得到滞后环节补偿后系统的相角裕度γqh；将滞后环节补偿后系统的相角裕度γqh与要求的相角裕度γ作比较，如果满足要求则结束，不满足则返回第(2)步重新选择超前环节最大相角补偿量θm中的裕度ε，然后对相位超前和滞后环节参数重新进行整定。本专利技术的一种改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善分布式光伏并网性能的超前滞后补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定双闭环控制下分布式光伏并网系统中电容电流反馈系数Hc；2)采用测量阻抗均值法实现分布式光伏并网系统的电网阻抗的实时测量；3)确定补偿后分布式光伏并网系统的相位超前环节Gq(s)和相位滞后环节Gh(s)的参数。

【技术特征摘要】
1.一种改善分布式光伏并网性能的超前滞后补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定双闭环控制下分布式光伏并网系统中电容电流反馈系数Hc；2)采用测量阻抗均值法实现分布式光伏并网系统的电网阻抗的实时测量；3)确定补偿后分布式光伏并网系统的相位超前环节Gq(s)和相位滞后环节Gh(s)的参数。2.根据权利要求1所述的一种改善分布式光伏并网性能的超前滞后补偿方法，其特征在于，步骤1)包括：由PI控制器构成的并网电流控制器的传递函数Gi2(s)：Gi2(s)＝KP+KI/s(1)式中，KP为PI控制器的比例调节系数，KI为PI控制器的积分调节系数，s为拉普拉斯算子；根据并网电流控制器的传递函数Gi2(s)得到双闭环控制下单相并网系统未加入补偿装置的开环传递函数Go(s)：式中，i2(s)和分别为并网电流和并网参考电流传递函数，KPWM为逆变桥比例增益，L1、L2和C分别为LCL滤波器逆变器侧电感、电网侧电感和LCL滤波器滤波电容；开环传递函数Go(s)中振荡环节对应的阻尼比η为阻尼比η的公式中给出了η与Hc的关系，从而得到电容电流反馈系数Hc其中，Lgr为系统一般工作环境下的电网电感经验参考值；阻尼比η取最佳阻尼比，即η＝0.707。3.根据权利要求1所述的一种改善分布式光伏并网性能的超前滞后补偿方法，其特征在于，步骤2)包括：电网电压相量公共连接点电压相量与并网电流相量之间的关系表示为式中，Zg(i)为第i个工作点处的电网阻抗，i＝1,2,3,...,n；得到第i个工作点处的电网阻抗模值|Zg(i)|：式中，|Ug|为测得的电网电压幅值；θg为测得的电网电压相位；|UPCC(i)|为第i个工作点处测得的PCC点电压幅值；θPCC(i)为第i个工作点处测得的PCC点电压相位；|I2(i)|为第i个工作点处测得的并网电流幅值；对n个工作点处的电网阻抗取平均指值作为最终的电网阻抗，同时也得到电网电感LgLg＝(|Zg(1)|+|Zg(2)|+...+|Zg(i)|+...+|Zg(n)|)/(2πf0n)(7)式中，f0为工频频率；测量阻抗均值法在不向系统加入扰动的情况下实时获取电网阻抗，有利于系统的安全稳定运行。4.根据权利要求1所述的一种改善分布式光伏并网性能的超前滞后补偿方法，其特征在于，步骤3)包括：(1)获得未补偿系统的相角裕度γ0将s＝jω代入补偿前系统的开环传递函数Go(s)，然后由|Go(jω)|＝1得到补偿前系统的截止频率ωc0，ωc0满足如下关系式式中，Leq＝L2+Lg，j为虚数单位；由上式计算得到补偿前系统的截止频率ωc0，通过截止频率ωc0获得未补偿系统的相角裕度γ0：式中，ωr为LCL滤波器的固有谐振角频率，满足首先设定一个满足系统稳定性要求的相角裕度γ，然后通过未补偿系统的相角裕度γ0与要求的相角裕度γ的比较来判断未补偿系统是否需要进行补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，张新宗，王子轩，李国昌，孙健，常乾坤，陈茜，
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