提高LCL型并网逆变器对电网适应性的前馈控制方法技术

本发明专利技术公开了一种提高LCL型并网逆变器对电网适应性的前馈控制方法，步骤为(1)检测电容电流ic、入网电流ig和并网点电压vpcc，得到它们的采样信号为ics，igs，vgs；(2)将采样信号分别输入到电流控制器，经过运算处理后输出vr1；(3)将信号vgs输入到并网耦合点电压低次谐波选择器，经数据处理输出vr2；(4)将vr1与vr2相加，得到调制信号vm，并输入到PWM生成器，产生PWM信号控制逆变器拓扑的开关管。本发明专利技术通过选取并网点电压低次背景谐波进行前馈控制，兼顾了并网逆变系统的稳定性与电网电压低次背景谐波抑制，提高了系统对电网阻抗宽范围变化的适应性。

【技术实现步骤摘要】
提高LCL型并网逆变器对电网适应性的前馈控制方法
本专利技术涉及一种LCL型并网逆变器控制方法，具体为一种提高LCL型并网逆变器对电网适应性的前馈控制方法。
技术介绍
在传统化石能源逐渐匮乏，污染日益严重的背景下，光伏与风能等新能源并网发电的应用得到长足发展。伴随着光伏和风能等新能源渗透率的不断提高，并网逆变器对配电网的稳定性和电能质量带来很大的挑战。分布式逆变电源接入公共电网的位置分布广泛，而普遍的并网逆变电源呈阻感特性，大量的并网逆变器逐渐将公共电网弱化为时变的弱电网，时变的弱电网主要的特性表现在其等效的电网阻抗是时变的。对于LCL型并网逆变器而言，宽范围时变的电网阻抗会降低逆变系统的开环增益和带宽，影响入网电流的稳态误差和动态响应。特别是当电网感抗较大时，LCL滤波器的谐振频率迅速下降，谐振共轭极点左移，导致相角裕度大幅降低，产生大量的低频谐波，甚至使入网电流谐振发散引起不稳定。此外，公共电网中大量非线性负载等的作用，实际电网电压往往存在大量的低频谐波，畸变的电网电压对入网电流是一实时的扰动，影响入网电流品质。考虑到LCL型并网逆变器需要抑制自身的谐振尖峰，提高自身的相角裕度，PI调节器的参数取得相对较小，难以兼顾系统的稳定性和鲁棒性。考虑到入网电流低次谐波抑制时，并网系统的LCL电流控制与低次谐波抑制存在相互耦合，即相互依赖又相互制约，采样与计算延时将进一步恶化入网电流。针对弱电网条件下，兼顾LCL型并网逆变系统入网电流控制与低次谐波抑制的研究尚少，已有控制方案略显不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够同时兼顾提高LCL型并网逆变器入网电流稳定性与电网电压低次背景谐波抑制的控制方法。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种提高LCL型并网逆变器对电网适应性的前馈控制方法，该方法依照以下步骤实施：步骤1，基于LCL型并网逆变器控制结构，检测LCL滤波器的电容电流ic、入网电流ig和并网点电压vpcc，将采样得到的信号分别输入到电流调节器中，输出调制信号vr1；步骤2，将并网点电压信号vgs输入到并网耦合点电压低次谐波选择器，所述低次谐波选择器包含若干个单独的谐波提取模块，该谐波提取模块均由二阶广义积分器所组成，令选择提取出的各次谐波分别vnth，n为整数，将选择提取的各次谐波相加得到调制信号vr2；步骤3，将低次谐波选择器输出的调制信号vr2与电流调节器输出的调制信号vr1相加得到调制波vm，将该调制波vm与三角波交截产生相应的PWM控制信号驱动功率电路的开关管，通过LCL滤波器滤除高频谐波，在网侧形成高品质的入网电流。其中，步骤1具体为，步骤1.1，采用电流传感器CS1、CS2以及电压传感器VS1检测电容电流ic，并网电流ig，并网点电压vpcc，通过各自的采样系数分别获取电容电流反馈信号ics，并网电流反馈信号igs，并网电压反馈信号vgs；步骤1.2，通过锁相环得到相位信息θ并与入网电流指令I*结合生成入网电流的基准iref＝I*sin(θ)；步骤1.3，将并网电流反馈信号igs与电流基准信号iref相减，经过电流调节器后，得到电容电流的基准信号，再减去电容电流反馈信号ics得到电流调节器总的输出信号vr1。步骤2具体指，将并网点电压反馈信号vgs通入到低次谐波选择器，其中每个谐波提取模块Gprs(s)的表达式为：其中，n为需要选择的低次谐波次数，kr为选择器的衰减系数，wn为选取低次谐波的频率；每个谐波提取模块的输入为当前的耦合点电压信号与已提取出的各次谐波相减而得到，即将其基波v1th提取出后与vppc相减得到提取三次谐波v3th的输入vppc-v1th，再与三次谐波v3th相减得到五次谐波v5th的输入vppc-v1th-v3th，以此类推，得到各次谐波分别为v1th，v3th，v5th，…，vnth，次数越多，背景谐波的精度越高；通过特征频率二阶广义积分器对电网电压各低次背景谐波的提取，将得到的低次谐波相加得到调制信号vr2。作为一种优选，所述LCL型并网逆变器控制结构中包括电流调节器Gc(s)，该电流调节器为PI调节器、PR调节器或它们的组合形成的调节器结构。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术提供的前馈控制方法通过选取并网点电压进行低次背景谐波进行前馈控制，可有效提高LCL型并网逆变器对弱电网的适应性，采用上述方案后，兼顾了入网电流的稳定性与电网电压低次背景谐波抑制。谐振前馈提取的为电网电压低次背景谐波，对于1KHz及以上较高次谐波不予提取。考虑到电网阻抗宽范围的变化，谐振频率基本可维持在1KHz以上，谐振控制器在中高频处迅速衰减该频段谐波，可等效为电网阻抗在中高频处较小，对系统稳定裕度影响较小，基本可以忽略。常见的如比例前馈控制在全频段对电网阻抗均有相应，严重降低了系统的相角裕度，恶化入网电流品质。此外考虑数字控制延时的存在，即使采用比例前馈亦无法抵消电网电压中高频次谐波的影响。因此，该控制方法电路简单，电路系统简单，基于传统的LCL型并网逆变器控制结构，在不增加电子元器件的基础上，提高了识别精度。附图说明图1为现有LCL型并网逆变器控制结构示意图；图2为本专利技术提供的控制方法控制结构示意图；图3为本专利技术提供的提高LCL型并网逆变器对电网适应性的前馈控制方法结构示意图；图4为本专利技术提供的提高LCL型并网逆变器对电网适应性的前馈控制方法的控制框图；图5为传统控制策略在弱电网下的实验波形；图6为本专利技术提供的谐振前馈控制策略在弱电网下的实验波形。具体实施方式本专利技术提供提高LCL型并网逆变器对电网适应性的前馈控制方法，为使本专利技术的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。当前，普遍存在的LCL型并网逆变器控制结构如图1所示，而本专利技术所提供的LCL型并网逆变器的结构图如图2所示：A-直流电源；B-逆变器拓扑；C-LCL滤波器；D-公共电网；E-电流调节器；F-PWM生成器；G-并网耦合点电压低次谐波选择器。其中逆变器拓扑包括所有的单相/三相逆变器拓扑结构；LCL滤波器由逆变器侧电感L1、网侧电感L2以及滤波电容C所组成；公共电网等效为一交流电压源与阻抗串联结构；CS1与CS2分别为检测电容电流和并网电流的电流传感器，VS1为检测并网点电压的电压传感器；Hi1，Hi2，Hv1分别为电容电流ic，并网电流ig，并网点电压vpcc的采样系数。ics为电容电流的反馈信号，igs为入网电流的反馈信号，vgs为并网点电压反馈信号，θ为锁相环输出的电网电压相角信息，I*为并网电流幅值指令，Gc(s)为电流调节器，通常为PI，PR或它们的组合形式的调节器结构。图4为图3对应的系统控制框图，A1-入网电流反馈调节环节；A2-控制系统采样计算与零阶保持器延时环节；A3-LCL滤波器s域模型；A4-并网电压低次谐波选择器传递函数。本专利技术采用的硬件电路与现有的LCL型并网逆变器相同，而是对控制方法进行了改进。与现有的控制方法相比，本专利技术通过有选择的提取并网点电压低次谐波进行前馈控制，降低了入网电流反馈控制与电网电压前馈控制在高频率处的耦合程度，提高了系统对电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高LCL型并网逆变器对电网适应性的前馈控制方法，其特征在于：该方法依照以下步骤实施：步骤1，基于LCL型并网逆变器控制结构，检测LCL滤波器的电容电流ic、入网电流ig和并网点电压vpcc，将采样得到的信号分别输入到电流控制器中，输出调制信号vr1；步骤2，将并网点电压信号vgs输入到并网耦合点电压低次谐波选择器，所述低次谐波选择器包含若干个单独的谐波提取模块，该谐波提取模块均由二阶广义积分器所组成，令选择提取出的各次谐波分别vnth，n为整数，将选择提取的各次谐波相加得到调制信号vr2；步骤3，将低次谐波选择器输出的调制信号vr2与电流调节器输出的调制信号vr1相加得到调制波vm，将该调制波vm与三角波交截产生相应的PWM控制信号驱动功率电路的开关管，通过LCL滤波器滤除高频谐波，在网侧形成高品质的入网电流。

【技术特征摘要】
1.一种提高LCL型并网逆变器对电网适应性的前馈控制方法，其特征在于：该方法依照以下步骤实施：步骤1，基于LCL型并网逆变器控制结构，检测LCL滤波器的电容电流ic、入网电流ig和并网点电压vpcc，将采样得到的信号分别输入到电流调节器中，输出调制信号vr1；步骤2，将并网点电压信号vgs输入到并网耦合点电压低次谐波选择器，所述低次谐波选择器包含若干个单独的谐波提取模块，该谐波提取模块均由二阶广义积分器所组成，令选择提取出的各次谐波分别vnth，n为整数，将选择提取的各次谐波相加得到调制信号vr2；步骤3，将低次谐波选择器输出的调制信号vr2与电流调节器输出的调制信号vr1相加得到调制波vm，将该调制波vm与三角波交截产生相应的PWM控制信号驱动功率电路的开关管，通过LCL滤波器滤除高频谐波，在网侧形成高品质的入网电流；步骤1具体为，步骤1.1，采用电流传感器CS1、CS2以及电压传感器VS1检测电容电流ic，并网电流ig，并网点电压vpcc，通过各自的采样系数分别获取电容电流反馈信号ics，并网电流反馈信号igs，并网电压反馈信号vgs；步骤1.2，通过锁相环得到相位信息θ并与入网电流指令I*结合生成入网电流的基准iref＝I*sin(θ)；步骤1.3，将并网电流反馈信号igs...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤雨，徐飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32