一种提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法技术

本发明专利技术公开了一种提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法，其特征是：在含有源阻尼的LCL型并网逆变器中，加入基于并网电流的相位补偿器，构建串联的虚拟阻抗，用于校正逆变器输出阻抗的阻抗角，通过提高弱电网下并网逆变器的相角裕度，改善逆变器并网电流波形质量，提高弱电网下并网逆变器系统稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法
本专利技术属于并网逆变器控制
，更具体地说是涉及一种提高并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法，用于改善逆变器并网电流波形质量，提高弱电网下并网逆变器系统稳定性。
技术介绍
基于可再生能源，如风能、太阳能等的分布式发电技术是人类应对能源危机和环境污染的重要途径之一。并网逆变器作为分布式发电系统与电网之间的关键接口设备，其性能好坏直接决定着并网电流质量。随着分布式电源并网功率的增加和接入电网位置的广泛分布，考虑到较长的输配电线路、较多的隔离变压器、大量的分布式发电设备挂接于并网点PCC点等因素，电网越来越表现出弱电网的特性，电网阻抗已不可忽略。在弱电网条件下，电网阻抗和逆变器输出阻抗会产生交互作用，导致强电网下稳定运行的并网逆变器产生振荡、失稳。因此，并网逆变器的设计，需要减弱消除电网阻抗对逆变器性能的影响，保证并网逆变器在各类电网阻抗条件下的稳定运行。弱电网条件下，并网逆变器的稳定性由两部分决定：一是强电网下，并网逆变器的稳定性(以下统称为逆变器本体稳定性)；二是弱电网下，电网阻抗和逆变器输出阻抗的交互作用引起的稳定性(以下统称为弱电网下并网逆变器稳定性)。当逆变器本体稳定时，通过改变逆变器的输出阻抗可改善弱电网下并网逆变器稳定性。然而，目前并网逆变器阻抗校正方法中，一是需要准确测量电网阻抗，测量误差导致补偿不准确；二是需要引入高阶微分环节，工程实现困难。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法。通过引入基于并网电流的相位补偿器，校正逆变器输出阻抗的阻抗角，提高弱电网下并网逆变器的相角裕度，改善逆变器并网电流波形质量，提高弱电网下并网逆变器稳定性。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法的特点是：在含有源阻尼的LCL型并网逆变器中，加入基于并网电流的相位补偿器，构建串联的虚拟阻抗，用于校正逆变器输出阻抗的阻抗角，通过提高弱电网下并网逆变器的相角裕度，改善逆变器并网电流波形质量，提高弱电网下并网逆变器系统稳定性。本专利技术提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法的特点也在于：所述方法是按如下步骤进行：步骤1：将并网点电压采样信号upcc_s、并网电流采样信号ig_s和电容电流采样信号ic_s通过电流控制器，得到输出信号ui1＝(iref-ig_s)(Kp+Ki/s)-ic_s；所述电容电流采样信号ic_s是指构成LCL滤波器中的滤波电容C的电流采样信号；iref是并网电流的指令信号，其中iref的幅值为设定值，iref的相位由并网点电压采样信号upcc_s通过锁相环获得；Kp为并网电流调节器Gi(s)的比例系数，Ki为并网电流调节器Gi(s)的积分系数，s为复频域变量。步骤2：将并网电流采样信号ig_s通过相位补偿器Gfc(s)，得到输出信号为ui2；步骤3:调制信号Vm为：Vm＝ui1-ui2，将所述调制信号Vm输入到SPWM生成器，产生PWM信号控制逆变器的开关管。本专利技术LCL并网逆变器输出阻抗的阻抗角校正方法的特点也在于：所述相位补偿器Gfc(s)的表达为：式(1)中，K为相位补偿器Gfc(s)的增益，p为极点角频率，z为零点角频率；所述增益K、极点角频率p和零点角频率z的参数值由下述条件决定：(1)、增益K的取值由高频抗扰性能决定，如式(2)所表达：|Gfc(s)|max＝K≤Kmax(2)式(2)中，|Gfc(s)|max为相位补偿器Gfc(s)的最大模值，Kmax为K的最大取值，为了提高Gfc(s)的高频抗扰性能，取Kmax为1；(2)、极点角频率p不小于其最小值pmin，pmin如式(3)所表达：pmin＝max{pcmin,pomin}(3)式(3)中，pcmin是由电流跟踪截止频率确定的最小p值，pomin是由逆变器本体稳定性确定的最小p值；pcmin由式(4)获得：式(4)中：由LCL并网逆变器系统设定的各参数分别是：LCL滤波器中逆变器侧电感L1和网侧电感L2，由开关管构成的逆变桥的逆变桥增益Ginv，并网电流采样系数Ki2，并网电流调节器Gi(s)的比例系数Kp，以及并网电流调节器Gi(s)的积分系数Ki；ωc为期望的逆变器电流跟踪的截止角频率；pomin由式(5)获得：式(5)中：LCL滤波器中的电容C，以及滤波电容的电流采样系数Ki1为LCL并网逆变器的系统设定参数；PMos为期望的Zos/Zo的相角裕度；ωos为虚拟的串联阻抗Zos和逆变器输出阻抗Zo的交点角频率,ωos由式(6)获得：式(6)中，j为虚数单位；在Gfc(s)中用jωos替换s算子得到Gfc(jωos)；在Gi(s)中用jωos替换s算子得到Gi(jωos)；(3)、零点角频率z不大于其最大值zmax，zmax由式(7)获得：式(7)中，ω0为电流基波角频率；GM为期望电流基波增益；(4)、零点角频率z不小于其最小值zmin，zmin由式(8)获得：式(8)中：Zg根据并网标准设定；PM为期望的阻抗比Zg/Zo的相角裕度；ωg为逆变器输出阻抗Zo和电网阻抗Zg的交点角频率，ωg由式(9)获得：式(9)中，j为虚数单位，Gi(jωg)是在Gi(s)中用jωg替换s算子获得；(5)、极点角频率p不大于其最大值pmax，pmax由式(10)获得：与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：本专利技术加入基于并网电流的相位补偿器，通过重塑逆变器输出阻抗的阻抗角，有效提高了弱电网下并网逆变器的相角裕度；本专利技术方法不需要更改原有控制器参数，也不需要实时测量电网阻抗值，在电网阻抗大范围变动的情况下，均能保证并网逆变器的稳定工作，且并网电流的THD数值大幅下降。附图说明图1为本专利技术中LCL并网逆变器系统结构框图。图2为本专利技术中LCL并网逆变器控制框图。图3为加入相位补偿器前后逆变器输出阻抗的波特图。图4为弱电网下不加相位补偿器时并网电流仿真波形。图5为弱电网下加入相位补偿器时并网电流仿真波形。图中标号：1直流源，2逆变桥，3为LCL滤波器，4公共电网，由理想电压源Ug和电网阻抗Zg组成；5电流控制器；6相位补偿器；7为SPWM生成器。具体实施方式参见图1，本实施例中弱电网下单相LCL并网逆变器系统包括：直流源1，由四个带续流二极管的开关管组成的逆变桥2，由滤波电感L1、L2和滤波电容C组成的LCL滤波器，由理想电压源Ug和电网阻抗Zg组成的公共电网4，电流控制器5，相位补偿器6和SPWM生成器7。如图1和图2所示，本实施例中提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法是：在含有源阻尼的LCL型并网逆变器中，加入基于并网电流的相位补偿器，构建串联的虚拟阻抗，用于校正逆变器输出阻抗的阻抗角，通过提高弱电网下并网逆变器的相角裕度，改善逆变器并网电流波形质量，提高弱电网下并网逆变器稳定性。本实施例中提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法按如下步骤进行：步骤1：将并网点电压采样信号upcc_s、并网电流采样信号ig_s和电容电流采样信号ic_s通过电流控制器，得到输出信号ui1＝(iref-ig_s)(Kp+Ki/s)-ic_s；所述电容电流采样信号ic本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法，其特征是：在含有源阻尼的LCL型并网逆变器中，加入基于并网电流的相位补偿器，构建串联的虚拟阻抗，用于校正逆变器输出阻抗的阻抗角，通过提高弱电网下并网逆变器的相角裕度，改善逆变器并网电流波形质量，提高弱电网下并网逆变器系统稳定性。

【技术特征摘要】
1.一种提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法，其特征是：在含有源阻尼的LCL型并网逆变器中，加入基于并网电流的相位补偿器，构建串联的虚拟阻抗，用于校正逆变器输出阻抗的阻抗角，通过提高弱电网下并网逆变器的相角裕度，改善逆变器并网电流波形质量，提高弱电网下并网逆变器系统稳定性。2.根据权利要求1所述的提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法，其特征是所述方法是按如下步骤进行：步骤1：将并网点电压采样信号upcc_s、并网电流采样信号ig_s和电容电流采样信号ic_s通过电流控制器，得到输出信号ui1＝(iref-ig_s)(Kp+Ki/s)-ic_s；所述电容电流采样信号ic_s是指构成LCL滤波器中的滤波电容C的电流采样信号；iref是并网电流的指令信号，其中iref的幅值为设定值，iref的相位由并网点电压采样信号upcc_s通过锁相环获得；Kp为并网电流调节器Gi(s)的比例系数，Ki为并网电流调节器Gi(s)的积分系数，s为复频域变量。步骤2：将并网电流采样信号ig_s通过相位补偿器Gfc(s)，得到输出信号为ui2；步骤3:调制信号Vm为：Vm＝ui1-ui2，将所述调制信号Vm输入到SPWM生成器，产生PWM信号控制逆变器的开关管。3.根据权利要求1所述的提高LCL型并网逆变器稳定性的输出阻抗校正方法，其特征是：所述相位补偿器Gfc(s)的表达为：式(1)中，K为相位补偿器Gfc(s)的增益，p为极点角频率，z为零点角频率；所述增益K、极点角频率p和零点角频率z的参数值由下述条件决定：(1)、增益K的取值由高频抗扰性能决定，如式(2)所表达：|Gfc(s)|max＝K≤Kmax(2)式(2)中，|Gfc(s)|max为相位补偿器Gfc(s)的最大模值，Kmax为K的最大取值，为了提高Gfc(s)的高频抗扰性能，取Kmax为1；(2)、极点角频率p不小于其最小值pmin，pmin如式(3)所表达：pmin＝max{pcmin,pomin}(3)式(3)中，pcmin是由电流跟踪截止频率确定的最小p值，pomin是由逆变器本体稳定性确定的最小p值；pcmin由式(4)获得：式(4)中：由LCL并网逆变器系统设定的各参数分别是：LCL滤波器中逆变器侧电感L1和网侧电感L2，由开关管构成的逆变桥的逆变桥增益Ginv，并网电流采样系数Ki2，并网电流调节器Gi(s)的比例系数Kp，以及并网电流调节器Gi(s)的积分系数Ki；ωc为期望的逆变器电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜燕，崔林波，杨向真，苏建徽，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34