一种静止坐标系下LCL并网逆变器的有源阻尼控制方法技术

本发明专利技术公开了一种静止坐标系下LCL并网逆变器的有源阻尼控制方法，其一共包括七个步骤，包括：1、电网电压检测以及坐标变换；2、变换器侧电流检测以及坐标变换；3、直流电压控制以得到有功电流的直流参考值；4、变换器侧两相电流参考值的计算；5、交流电流的控制；6、通过主动阻尼网络得到逆变器输出电压的补偿值；7、电压空间矢量的生成。采用本发明专利技术能够在不增加任何额外传感器的条件下，有效实现对LCL滤波器谐振峰值的阻尼控制，而且简化了算法的复杂程度，降低了算法对于高性能数字控制器的要求，并且有效改善系统的效率和成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种静止坐标系下LCL并网逆变器的有源阻尼控制方法，属于并网型PWM逆变器的控制

技术介绍
随着电力电子技术的发展以及电网对并网型逆变器注入谐波电流的严格要求，在并网型PWM逆变器中采用LCL型滤波器取代L型滤波器在光伏发电、风力发电以及储能PCS系统等领域中得到了广泛的应用。众所周知，相比L型滤波器，LCL型滤波器具有更好的谐波衰减特性，能够带来更好的谐波抑制效果，因此在并网逆变器中采用LCL型滤波器能够有效减小滤波器的体积和成本，降低注入电网的谐波电流含量。但是由于LCL滤波器存在固有谐振频率点，在谐波电压的激发下容易引起电路谐振，引起较大的谐振电流，严重情况下导致并网逆变器不能稳定运行，因此，对于LCL的谐振抑制控制或者阻尼控制成为众多学者研究的热点。目前，已经出现的能够实现LCL谐振阻尼控制的方法主要分为两类，一类是无源阻尼控制，一类为有源阻尼控制。无源阻尼控制主要是在LCL滤波器的电容支路串联电阻，通过增加LCL的阻尼从而消除LCL的固有谐振频率点，这种方法简单，实现方便，但是增加阻尼电阻会带来一定的功率损耗，降低了系统的效率，而且也增加了系统散热的难度，此外无源阻尼方法也降低了LCL滤波器对于高频电流的衰减性能，因此这种方法难以满足高性能并网逆变器系统的要求。有源阻尼控制技术主要通过增加额外的控制算法来抑制LCL固有的谐振峰值点，公开号为102075108A和102545266A的中国专利技术专利通过反馈电容电流控制实现了LCL的有源阻尼控制，但是该方法需要额外增加电流传感器，既增加了系统的成本，也降低了系统的可靠性；公开号为103326386A的中国专利技术专利通过反馈电容电压控制实现LCL的有源阻尼控制，但是该方法需要增加电压传感器，而且反馈网络为一个纯微分环节，比较容易引入干扰噪声，影响系统的控制效果；公开号为1866719A的中国专利技术专利通过同时反馈电网侧电流和逆变器侧电流实现了LCL的阻尼控制，该方法需要同时检测电网侧电流和逆变器侧电流，将两个电流进行加权平均处理后实现LCL滤波器的有源阻尼控制，但是该方法也需要额外电流传感器。公开号为102522879A的中国专利技术专利，通过采用网侧电感电压反馈补偿，实现了对LCL滤波器的谐振阻尼，该方案的明显缺陷是需要提供额外的电压传感器来采集电感电压，增加了系统的硬件成本，此外控制算法中采用的微分调节器数字实现是一个难点，且微分环节比较容易引入干扰，影响系统的控制精度和稳定性；公开号为102263417A的中国专利技术专利，通过采用在滤波电容器上串联阻尼电阻以及引入滤波器电容电流反馈的混合阻尼方案，实现了对LCL滤波器的谐振阻尼，该方案的最大优点是具有较强的电网适应能力，最大缺陷是需要提供额外的电流传感器来采集滤波器电容电流，增加了系统的硬件成本，且增加了算法的复杂程度。上述专利所采用的方法均需要额外增加电流传感器或者电压传感器，显然不利于系统成本降低和提高系统的可靠性。公开号为102710105A的中国专利，通过反馈变换器侧电流控制并将变换器侧电流通过一个比例模块和带通滤波器模块，在不增加传感器的基础上实现了LCL型PWM变流器的有源阻尼控制；公开号为102290820的中国专利，同样不增加额外传感器，将变换器侧电流通过一个一阶高通滤波器并反馈至电压输出值中从而实现了LCL滤波器的有源阻尼控制。但是上述方法均未公开该处有源阻尼网络的设计方法，而且反馈变换器侧电流控制并不能实现电网侧电流单位功率因数控制，此外，上述方法均在两相旋转坐标系下实现，需要对电压和电流分别进行派克变换以及一次电压反派克变换，增加了算法的复杂程度。因此，针对现有技术的不足之处，本领域亟待提出在一种不需要增加任何传感器、算法实现简单，能够有效实现LCL型并网逆变器的有源阻尼控制方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供了一种不需要增加任何传感器、算法简单、有效改善系统效率和成本的静止坐标系下LCL并网逆变器的有源阻尼控制方法，解决了如何使得实现LCL型并网逆变器的有源阻尼控制方法既不需要增加任何传感器且算法简单的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供了一种静止坐标系下LCL并网逆变器的有源阻尼控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：通过电网电压检测单元采样两相电网线电压，通过电网线电压到两相静止坐标系的坐标变换公式得到电网电压矢量在静止坐标系中的分量，通过直接计算得到电网电压的幅值以及电网相位角的正弦值和余弦值；步骤二：通过电流检测以及变换单元采样两相变换器侧相电流，通过坐标变换公式得到变换器侧电流矢量在两相静止坐标系中的分量；步骤三：通过直流电压控制单元采样直流电压值，将直流电压的参考值与实际值之间的误差值通过PI调节器得到电网侧有功电流的参考值送入电流指令生成单元中；步骤四：计算电容支路无功电流值，并根据步骤三中得到电网侧有功电流的参考值和无功电流参考值得到变换器侧有功电流和无功电流的参考值并坐标变换到静止坐标系下；步骤五：在两相静止坐标系中，将两个交流电流的参考值和反馈值的差值输入至两个电流控制单元中的两个PR调节器中得到变换器输出电压指令值；步骤六：将静止坐标系下的变换器侧电流输入至有源阻尼控制单元的主动阻尼网络得到变换器输出电压的补偿值，变换器输出电压控制值减去变换器输出电压补偿值得到变换器输出电压的指令值；步骤七：将变换器输出电压的指令值输入至空间矢量脉冲生成单元得到逆变器的驱动脉冲控制逆变器工作。优选地，所述步骤一的实现包括以下具体内容：步骤1.1：采样两相电网线电压ugab和ugbc，并通过坐标变换公式变换到两相静止坐标系下得到ugα和ugβ，所采用的坐标变换公式为：ugαugβ=2313033ugabugbc;]]>步骤1.2：根据步骤1.1得到的电网电压在αβ坐标系中的分量ugα和ugβ得到电网电压的幅值um以及电网电压相角的正弦值cos(θ)和余弦值sin(θ)，对应的计算公式如下所示：um=uga2+ugβ2cos(θ)=ugαum,sin(θ)=ugβum.]]>优选地，所述的步骤二的实现包括以下具体内容：步骤2.1：采样变换器侧两相电流值iia和iic，并利用坐标变换公式得到变换器侧电流矢量在αβ坐标系中分量iiα和iiβ，使用到的坐标变换公式为：iiaiiβ=10-33-233iiaiic.]]>优选地，所述步骤三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静止坐标系下LCL并网逆变器的有源阻尼控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：通过电网电压检测单元(6)采样两相电网线电压，通过电网线电压到两相静止坐标系的坐标变换公式得到电网电压矢量在静止坐标系中的分量，通过直接计算得到电网电压的幅值以及电网相位角的正弦值和余弦值；步骤二：通过电流检测以及变换单元(7)采样两相变换器侧相电流，通过坐标变换公式得到变换器侧电流矢量在两相静止坐标系中的分量；步骤三：通过直流电压控制单元(8)采样直流电压值，将直流电压的参考值与实际值之间的误差值通过PI调节器得到电网侧有功电流的参考值送入电流指令生成单元(9)中；步骤四：计算电容支路无功电流值，并根据步骤三中得到电网侧有功电流的参考值和无功电流参考值得到变换器侧有功电流和无功电流的参考值并坐标变换到静止坐标系下；步骤五：在两相静止坐标系中，将两个交流电流的参考值和反馈值的差值输入至两个电流控制单元(10)中的两个PR调节器中得到变换器输出电压指令值；步骤六：将静止坐标系下的变换器侧电流输入至有源阻尼控制单元(11)的主动阻尼网络得到变换器输出电压的补偿值，变换器输出电压控制值减去变换器输出电压补偿值得到变换器输出电压的指令值；步骤七：将变换器输出电压的指令值输入至空间矢量脉冲生成单元(12)得到逆变器的驱动脉冲控制逆变器工作。...

【技术特征摘要】
1.一种静止坐标系下LCL并网逆变器的有源阻尼控制方法，其特征在于，包括以下步
骤：
步骤一：通过电网电压检测单元(6)采样两相电网线电压，通过电网线电压到两相静止
坐标系的坐标变换公式得到电网电压矢量在静止坐标系中的分量，通过直接计算得到电网
电压的幅值以及电网相位角的正弦值和余弦值；
步骤二：通过电流检测以及变换单元(7)采样两相变换器侧相电流，通过坐标变换公式
得到变换器侧电流矢量在两相静止坐标系中的分量；
步骤三：通过直流电压控制单元(8)采样直流电压值，将直流电压的参考值与实际值之
间的误差值通过PI调节器得到电网侧有功电流的参考值送入电流指令生成单元(9)中；
步骤四：计算电容支路无功电流值，并根据步骤三中得到电网侧有功电流的参考值和
无功电流参考值得到变换器侧有功电流和无功电流的参考值并坐标变换到静止坐标系下；
步骤五：在两相静止坐标系中，将两个交流电流的参考值和反馈值的差值输入至两个
电流控制单元(10)中的两个PR调节器中得到变换器输出电压指令值；
步骤六：将静止坐标系下的变换器侧电流输入至有源阻尼控制单元(11)的主动阻尼网
络得到变换器输出电压的补偿值，变换器输出电压控制值减去变换器输出电压补偿值得到
变换器输出电压的指令值；
步骤七：将变换器输出电压的指令值输入至空间矢量脉冲生成单元(12)得到逆变器的
驱动脉冲控制逆变器工作。
2.如权利要求1所述的一种静止坐标系下LCL并网逆变器的有源阻尼控制方法，其特征
在于，所述步骤一的实现包括以下具体内容：
步骤1.1：采样两相电网线电压ugab和ugbc，并通过坐标变换公式变换到两相静止坐标系
下得到ugα和ugβ，所采用的坐标变换公式为：
ugαugβ=2313033ugabugbc;]]>步骤1.2：根据步骤1.1得到的电网电压在αβ坐标系中的分量ugα和ugβ得到电网电压的幅
值um以及电网电压相角的正弦值cos(θ)和余弦值sin(θ)，对应的计算公式如下所示：
um=ugα2+ugβ2cos(θ)=ugαum,sin(θ)=ugβum.]]>3.如权利要求1所述的一种静止坐标系下LCL并网逆变器的有源阻尼控制方法，其特征
在于，所述的步骤二的实现包括以下具体内容：
步骤2.1：采样变换器侧两相电流值iia和iic，并利用坐标变换公式得到变换器侧电流矢
量在αβ坐标系中分量iiα和iiβ，使用到的坐标变换公式为：
iiαiiβ=10-33-233iiaiic.]]>4.如权利要求1所述的一种静止坐标系下LCL并网逆变器的有源阻尼控制方法，其特征
在于，所述步骤三的实现包括以下具体内容：
步骤3.1：采样直流电压值udc，将直流电压的参考值udc*与实际值udc之间的误差值送入
PI调节器得到电网侧有功电流的参考值igd*，具体计算公式为：
igd*=(kvp+kvis)·(udc*-udc).]]>5.如权利要求1所述的一种静止坐标系下LCL并网逆变器的有源阻尼控制方法，其特征
在于，所述步骤四的实现包括以下具体内容：
步骤4.1：根据电网电压检测单元(6)中电网电压的幅值um计算电容支路消耗的有功电
流值icd和无功电流值icq，具体的计算公式如下：
icd=0icq=ωgCfum,]]>式中，ωg为电网电压的电角度；Cf为LCL滤波器(2)的电容值；
步骤4.2：根据电网侧电流有功电流参考值igd*和无功电流参考值...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院，上海新拓电力设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31