光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法技术

一种光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法，包括：将多台并网逆变器并联接入交直流混合微电网中，对于采用逆变器侧电流控制结构的逆变器，引入电容电压反馈，通过改变基波电流指令信号，模拟无源阻尼的效果，抑制LCL滤波电路的谐振峰，确保逆变器的稳定性；应用H‑infinity模型匹配技术设计电流内环控制器，用于追踪各次有源阻尼环附加谐波指令电流；选择PR控制器作为外环基波电流控制器，在PR控制器反馈回路加上有源阻尼环附加谐波指令电流实现逆变器侧电流中的基波分量与谐波分量的解耦控制。本发明专利技术的方法有效地解决光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制问题。

Resonance suppression method for photovoltaic inverters connected to AC / DC hybrid microgrid

A method for suppressing the resonance of photovoltaic inverters connected to AC-DC hybrid micro-grid is proposed, which includes: connecting several grid-connected inverters in parallel to AC-DC hybrid micro-grid, introducing capacitor voltage feedback to inverter with inverter-side current control structure, and simulating the passive damping effect by changing the fundamental current command signal. As a result, the resonant peak of the LCL filter circuit is suppressed to ensure the stability of the inverter; the current inner loop controller is designed by H_infinity model matching technique to track the additional harmonic instruction current of each active damping loop; the PR controller is selected as the outer loop fundamental current controller, and the active damping loop is added to the feedback loop of the PR controller. Additional harmonic command current realizes decoupling control of fundamental and harmonic components in inverter side current. The method of the invention effectively solves the resonance suppression problem of the photovoltaic inverter connected to the AC-DC hybrid micro-grid.

【技术实现步骤摘要】
光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法
本专利技术涉及一种谐振抑制方法。特别是涉及一种光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法。
技术介绍
谐振现象是一种广泛存在于自然界的物理现象，当激励源与系统的固有频率‘合拍’时，就会激发系统出现谐振现象，在频率特性曲线中表现为某一频率对应增益变大。近年来，随着新能源发电在全世界范围内的广泛应用，并网逆变器的控制技术成为了一个重要的研究方向。通常，并网逆变器采用高频脉宽调制技术，在工程实际中由大量电力电子器件组成的电气网络非常容易满足谐振条件，从而导致进入电网的电流中存在大量开关频率附近的高次谐波，一般需要滤波器进行滤除。LCL滤波器相比于L型滤波器具有更理想的高次谐波滤除效果，并且可以减小电感L体积，从而常作为于大功率、低开关频率的并网设备。使用LCL滤波器的优势在于使逆变器工作在比较低的开关频率下而获得质量相对高的并网电流，但LCL自身就是一个谐振电路，而且使系统的阶数增加，其谐振将会对系统稳定性及并网电流波形产生较大的不利影响。为了应对系统中存在的对系统稳定性产生不良影响的欠阻尼甚至无阻尼特性，产生了两种抑制谐振峰值的技术方法，即无源阻尼法和有源阻尼法。无源阻尼法为了改善系统阻尼特性，在滤波器中并联或串联电阻，该方法的优势为操作简单，可靠性比较高，但由于其存在较大的额外损耗，其应用收到制约；有源阻尼法为了在获得与无源阻尼法相同抑制效果的同时不会带来额外损耗，其增加了额外的反馈控制。但是传统的有源阻尼方法也存在一定的缺陷，一是LCL滤波器参数变化后，有源阻尼法缺乏对参数摄动后系统的适应能力；二是传统有源阻尼法可能会对基波控制回路的控制效果产生不良影响。尤其是在接入交直流混合微电网等弱电网条件下，多机并联逆变器系统比单机系统将呈现更为复杂的谐振特性，此时并联逆变器间、并联逆变器集群系统与电网的交互而产生的谐振问题亟待解决。infinity优化控制理论是对被研究控制系统的某些闭环性能指标的H-infinity范数进行优化而得到最优(次优)控制器的一种控制理论。该理论只需求解两个Riccati方程便可求得H-infinity优化控制器的解，其阶数等于广义被控对象的阶数。有关H-infinity控制理论的应用已经取得一些成果，其在现代电力系统中的应用也愈加广泛。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种实现光伏逆变器模拟有源电力滤波器工作的光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法，包括如下步骤：1)将多台并网逆变器并联接入交直流混合微电网中，对于采用逆变器侧电流IL1控制结构的逆变器，引入电容电压Uc反馈，通过改变基波电流指令信号Iref(s)，相当在滤波电容两端虚拟出一个并联的虚拟电阻RD，模拟无源阻尼的效果，抑制LCL滤波电路的谐振峰，确保逆变器的稳定性；2)应用H-infinity模型匹配技术设计电流内环控制器Gc(s)，用于追踪各次有源阻尼环附加谐波指令电流IAD(s)，IAD(s)＝Uc_h(s)/RD；3)为消除对实际被控对象P建模时由于未考虑电网中的电压工频分量Upcc的扰动影响，而造成逆变器侧电流IL1中的基波分量不能完全跟踪基波电流指令信号Iref(s)的情况，选择PR控制器作为外环基波电流控制器，在PR控制器反馈回路加上有源阻尼环附加谐波指令电流IAD(s)实现逆变器侧电流IL1中的基波分量与谐波分量的解耦控制。步骤1)中为使虚拟电阻RD不影响基波电流的控制效果，在引入电容电压Uc反馈时，要滤除电容电压基波分量，提取出电容电压谐波分量Uc_h(s)；是采用基于二阶广义积分器的陷波器Gf(s)来提取电容电压谐波分量Uc_h(s)，作为电容电压反馈信号，Uc_h(s)＝Uc(s)*Gf(s)，其中，Gf(s)为陷波器的传递函数，表示如下：其中：k为陷波器频率系数；s为拉普拉斯算子；ω0为电网基波角频率。步骤2)是基于理想模型M(s)与实际被控对象P的状态方程，将模型匹配问题转化为H-infinity标准控制问题的形式，得到广义被控对象G，再通过MATLAB鲁棒控制工具箱求解出H-infinity控制器K(s)，得到电流内环控制器Gc(s)，具体是选择二阶高阻尼振荡环节作为理想模型M(s)：式中，km为二阶高阻尼振荡环节增益大小；ωm为二阶高阻尼振荡环节振荡频率；ξ为二阶高阻尼振荡环节阻尼系数，选为0.707；s为拉普拉斯算子；设实际被控对象P的状态变量x1＝IL1，x2＝Uc，x3＝IL2；控制信号u＝d，d为PWM调制信号；实际被控对象P的输出信号y＝IL1；得到实际被控对象P的状态空间实现：其中：IL1为电感L1中流过电流；IL2为电感L2中流过电流；R1为电感L1附加电阻；R2为电感L2附加电阻；Uc为电容两端电压；udc为直流侧电压；u为控制信号；y为被控对象输出信号；进一步，得到广义被控对象G的状态空间实现：x＝[x1x2…xn]z＝[v-yρu]′r＝[w-y]其中：u为控制信号，w为输入信号，v为理想模型M(s)的输出信号，y为实际被控对象P的输出信号，e为模型匹配跟踪误差，ρ为控制量u的能量惩罚项权系数，r为量测输出量，z为被控输出信号。本专利技术的光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法，在对谐振的抑制中，避免了传统无源阻尼法虽然简单可靠但是额外消耗功率的缺点，也避免了LCL滤波器增加了系统的阶数并且其谐振峰对系统的稳定性及并网电流波形产生影响的问题。本专利技术结合电容电压反馈的有源阻尼方法，基于H-infinity模型匹配技术设计了电流内环控制器Gc(s)，使逆变电路工作在一个具有谐波补偿能力的有源电力滤波器状态以抑制并网电流中的谐振电流分量，实现宽频带范围内的谐波追踪的同时，使电流内环的鲁棒性增强。与此同时，结合PR控制作为控制回路的外环，实现基波电流指令信号的无静差追踪。本专利技术的方法有效地解决光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制问题。附图说明图1为光伏逆变器经LCL滤波器并网结构图；图2为采用逆变器侧电流控制的LCL型光伏逆变器控制框图；图3为采用逆变器侧电流控制的LCL型光伏逆变器等效电路；图4为模型匹配问题系统框图；图5为模型匹配问题的H-infinity标准控制框图；图6为光伏并网逆变器模拟APF等效电路图；图7为光伏并网逆变器电路图；图8为H-infinity模型匹配技术设计的电流控制回路等效闭环传递函数；图9为外环PR基波电流控制框图；图10为无电容电压反馈单机光伏并网逆变器谐振仿真结果；图11为有电容电压反馈单机光伏并网逆变器谐振仿真结果；图12为无电容电压反馈5台光伏并网逆变器谐振仿真结果；图13为有电容电压反馈5台光伏并网逆变器谐振仿真结果。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法做出详细说明。本专利技术的光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法，是基于H-infinity模型匹配技术设计了电流内环控制器Gc(s)，在内环通过实现宽频带范围的谐波追踪使逆变器模拟有源电力滤波器工作以抑制并网电流中谐振电流分量，使逆变器工作在一个具有谐波补偿能力的有源电力滤波器状态以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将多台并网逆变器并联接入交直流混合微电网中，对于采用逆变器侧电流IL1控制结构的逆变器，引入电容电压Uc反馈，通过改变基波电流指令信号Iref(s)，相当在滤波电容两端虚拟出一个并联的虚拟电阻RD，模拟无源阻尼的效果，抑制LCL滤波电路的谐振峰，确保逆变器的稳定性；2)应用H‑infinity模型匹配技术设计电流内环控制器Gc(s)，用于追踪各次有源阻尼环附加谐波指令电流IAD(s)，IAD(s)＝Uc_h(s)/RD；3)为消对实际被控对象P建模时由于未考虑电网中的电压工频分量Upcc的扰动影响，而造成逆变器侧电流IL1中的基波分量不能完全跟踪基波电流指令信号Iref(s)的情况，选择PR控制器作为外环基波电流控制器，在PR控制器反馈回路加上有源阻尼环附加谐波指令电流IAD(s)实现逆变器侧电流IL1中的基波分量与谐波分量的解耦控制。

【技术特征摘要】
1.一种光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将多台并网逆变器并联接入交直流混合微电网中，对于采用逆变器侧电流IL1控制结构的逆变器，引入电容电压Uc反馈，通过改变基波电流指令信号Iref(s)，相当在滤波电容两端虚拟出一个并联的虚拟电阻RD，模拟无源阻尼的效果，抑制LCL滤波电路的谐振峰，确保逆变器的稳定性；2)应用H-infinity模型匹配技术设计电流内环控制器Gc(s)，用于追踪各次有源阻尼环附加谐波指令电流IAD(s)，IAD(s)＝Uc_h(s)/RD；3)为消对实际被控对象P建模时由于未考虑电网中的电压工频分量Upcc的扰动影响，而造成逆变器侧电流IL1中的基波分量不能完全跟踪基波电流指令信号Iref(s)的情况，选择PR控制器作为外环基波电流控制器，在PR控制器反馈回路加上有源阻尼环附加谐波指令电流IAD(s)实现逆变器侧电流IL1中的基波分量与谐波分量的解耦控制。2.根据权利要求1所述的光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法，其特征在于，步骤1)中为使虚拟电阻RD不影响基波电流的控制效果，在引入电容电压Uc反馈时，要滤除电容电压基波分量，提取出电容电压谐波分量Uc_h(s)。3.根据权利要求1所述的多台逆变器并联接入交直流混合微电网的谐振抑制方法，其特征在于，是采用基于二阶广义积分器的陷波器Gf(s)来提取电容电压谐波分量Uc_h(s)，作为电容电压反馈信号，Uc_h(s)＝Uc(s)*Gf...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，汪乐天，徐立中，刘嘉伟，顾一丰，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，国网浙江省电力有限公司，国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司，
类型：发明
国别省市：河北,13