一种电容电流反馈的电网电压前馈控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电容电流反馈的电网电压前馈控制方法，包括：S1：通过并网逆变器的数学模型进行了电容电流的估算，避免增加额外的电容电流传感器，减少了传感器的数量；S2：在并网电流闭环下，加入电容电流反馈环节；S3：根据并网逆变器的数学模型推导了电网电压前馈函数，在步骤S2的基础上加入电网电压前馈环节，以消除电网电压畸变时谐波对并网电流的影响，提高输出电流质量。

【技术实现步骤摘要】
一种电容电流反馈的电网电压前馈控制方法
本专利技术涉及电网电压控制
，更具体的说是涉及一种电容电流反馈的电网电压前馈控制方法。
技术介绍
为了减少并网电流内的高频谐波分量，得到高质量的输出电流，通常选择LCL滤波器滤除谐波。然而LCL滤波器是一个高阶系统，其高阶特性会使并网电流内产生无阻尼谐振，降低系统运行稳定性。2014年第6期的《中国电机工程学报》中《三相并网逆变器LCL滤波器的研究及新型有源阻尼控制》一文中提出了一种滤波电容并联电阻的电容电压反馈的控制方法，且并联电阻是通过控制算法得到的虚拟电阻，减少了谐波，降低了电流畸变的几率，提高了稳定性。2009年第27期的《中国电机工程学报》中《采用LCL滤波器的并网逆变器双闭环入网电流控制技术》一文中通过在并网电流闭环情况下加入电容电流闭环，增加了系统阻尼，抑制系统振荡，提高系统稳定性。上述方法都是在理想电网情况下实现，但在实际中，一些偏远地区或者山区电网电压质量都很差，导致入网电流内产生较严重的低次谐波，输出电流质量较差。因此，如何抑制谐波同时提高输出电流质量是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种电容电流反馈的电网电压前馈控制方法，通过对电容电流估算的方法来减少额外的传感器，降低系统成本，提高可靠性，加入电容电流反馈后谐波有效减少，波形平滑收敛，系统运行稳定。同时，在并网电流及电容电流闭环条件下，加入电网电压前馈的控制方法，消除了因电网电压畸变时谐波对并网电流的影响，提高输出电流质量。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电容电流反馈的电网电压前馈控制方法，包括：S1：根据并网逆变器的数学模型估算电容电流的估计值：其中，vsk为：其中，Da，Db，Dc是逆变器a，b，c三个桥臂上功率开关的占空比；Vdc为直流电压，ick为电容电流，C为电容值，vCk为电容电压，L1为逆变器侧电感，i1为逆变器侧电流，vsα和vsβ为逆变器侧电压vsk在αβ坐标系下的分量，vsk为逆变器侧电压；S2：根据估算得到的电容电流在并网电流闭环下，加入电容电流反馈环节；从网侧阻抗输入端引入电容电流估计值加到电流调节器输出端；并网电流闭环下，加入电容电流反馈环节，即从网侧阻抗输入端引入一个反馈量加到电流调节器输出端；这里所说的反馈量是指估算得到的电容电流的估计值；S3：在步骤S2的基础上加入电网电压前馈环节；电网电压前馈函数为：其中，Gak(s)为电网电压前馈函数，GA(s)为频域下逆变器侧和滤波器电容侧的等效阻抗，Gn(s)为PWM比例增益，G1(s)为频域下逆变器侧阻抗，G2(s)为频域下网侧阻抗，C为电容值，R1为逆变器侧电感L1的寄生电阻。优选的，还包括：计算等效电网电压扰动量vg′；vg'＝[1-GA(s)Gak'(s)]Vg全前馈时，Gak′(s)＝Gak(s)＝1/GA(s)，vg′＝0，谐波被消除；无前馈控制时，Gak′(s)＝0，vg′＝Vg，谐波存在；比例前馈控制时，Gak′(s)＝1，则vg′为：其中，Gak′(s)为判别电网电压前馈控制类型的函数，Vg为三相电网电压；由此分析出电网电压前馈控制策略。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种电容电流反馈的电网电压前馈控制方法，通过并网逆变器的数学模型进行了电容电流的估算，减少了传感器的数量，其次推导了电网电压前馈函数，以消除谐波对并网电流的影响，提高输出电流质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术提供的三相并网逆变器主电路图；图2附图为LCL滤波器模型框图；图3附图为iC与i2双闭环控制结构框图；图4(a)附图为仅i2闭环控制根轨迹的示意图；图4(b)附图为i2闭环和iC前馈的根轨迹的示意图；图5(a)和5(b)附图为了电网电压前馈控制推导过程；图6附图为电网电压等效扰动量推导过程；图7附图为等效电网电压扰动量对比图；图8(a)附图为仅A相并网电流闭环的电流仿真波形；图8(b)附图为加入电容电流反馈后的电流仿真波形；图9(a)附图为不加前馈三相并网电流仿真波形；图9(b)附图为电网电压前馈三相并网电流仿真波形；图10(a)附图为仅A相并网电流闭环的电流波形；图10(b)附图为加入电容电流反馈后的电流波形；图11(a)附图为不加前馈三相并网电流波形；图11(b)附图为电网电压前馈三相并网电流波形。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例公开了一种电容电流反馈的电网电压前馈控制方法，下面结合具体技术背景对技术方案做进一步解释说明。参见图1，图1为三相并网逆变器主电路图，其中VT1-VT6为六个IGBT，Vdc为直流电压，Cdc为直流电容，idc为直流母线电流，Vg为三相电网电压，i1为逆变器侧电流，i2为网侧电流，ic为滤波器电容电流，vsk为逆变器侧电压，R1为逆变器侧电感L1的寄生电阻，R2为网侧电感L2的寄生电阻；在αβ坐标系下并网逆变器数学模型为:式(1)中，i1(α,β),i2(α,β)，iC(α,β)分别是αβ坐标系下的逆变器侧电流，并网电流和电容电流，v1(α,β)，vC(α,β)，Vg(α,β)分别是αβ坐标系下的逆变器侧电压，滤波器电容电压和电网电压，将其转换到频域为：由式(2)可以得到LCL数学模型框图，如图2所示，其中G1(s)＝sL1+R1，G2(s)＝1/sC，G3(s)＝sL2+R2，其中，G1(s)，G2(s)，G3(s)分别为频域下LCL滤波器的网侧阻抗，滤波电容支路阻抗，逆变器侧阻抗。图3为在并网电流i2闭环下，加入电容电流iC反馈后的控制结构框图，其开环传递函数为:其中i*2k为网侧电流参考值，Gi(s)为电流调节器，Gn(s)为PWM比例增益；由开环传递函数仿真可得到根轨迹图，如图4所示。当仅并网电流i2闭环时，可以看出其零极点大部分都分布在复平面右半面，如图4(a)所示，则系统不稳定。但加入电容电流iC反馈后，一部分极点分布在复平面左边，如图4(b)所示，可以看出系统具有条件稳定的特性，只要选择合适的调节器参数，即Gn的参数就可以保证零极点分布在复平面的左边，使系统具有良好的稳定性，但该方法将增加额外的传感器数量，会使系统成本增加，可靠性降低。针对上述问题，本专利技术提出了一种电容电流估算的方法来减少额外的传感器，除了并网电流，逆变器侧电流以及电网电压这些必须的传感器外,电容电流传感器则可以通过估算获得。根据图1所示逆变器数学模型，电容电压为：电容电流为：vsk为:其中，Da，Db，Dc是逆变器a，b，c三个桥臂上功率开关的占空比，可以由空间矢量单元得到。由(7)-(10)可得到电容电流的估计值，组成了无电容电流传感器的网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容电流反馈的电网电压前馈控制方法，其特征在于，包括：S1：根据并网逆变器的数学模型估算电容电流的估计值：

【技术特征摘要】
1.一种电容电流反馈的电网电压前馈控制方法，其特征在于，包括：S1：根据并网逆变器的数学模型估算电容电流的估计值：其中，vsk为：其中，Da，Db，Dc是逆变器a，b，c三个桥臂上功率开关的占空比；Vdc为直流电压，ick为电容电流，C为电容值，vCk为电容电压，L1为逆变器侧电感，i1为逆变器侧电流，vsα和vsβ为逆变器侧电压vsk在αβ坐标系下的分量，vsk为逆变器侧电压；S2：根据估算得到的电容电流，在并网电流闭环下，加入电容电流反馈环节；S3：在步骤S2的基础上加入电网电压前馈环节；电网电压前馈函数为：其中，Gak(s)为电网电压前馈函数，GA(s)为频域下逆变器侧和滤波器电容侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李圣清，张威威，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43