一种含LCL滤波器的逆变器并网控制方法技术

本发明专利技术提供一种含LCL滤波器的逆变器并网控制方法，其为一种基于αβ坐标系下的电压外环、功率环以及电流双环的控制方法，由电压互感器、电流互感器以及逆变器配设的控制器实施；控制器包括PI控制器、准PR控制器和P控制器；包括①电压电流信号采集、②构建电压外环并通过PI控制器稳定逆变器直流侧电压、③构建功率环并通过控制输入电网的无功功率相应控制逆变器并网的功率因数、④构建网侧电流外环和电容电流内环组成的电流双环，控制电网侧电流的输出以增加系统稳定性等步骤。本发明专利技术不需要复杂的坐标旋转变换和繁琐的前馈解耦控制，控制方法简单，可实现系统单位功率因数运行，且稳定性好。

A grid-connected control method for inverters with LCL filters

The invention provides a grid-connected control method of inverters with LCL filters, which is a control method of voltage outer loop, power loop and current double loop based on alpha-beta coordinate system, implemented by voltage transformer, current transformer and controller equipped with inverters; the controller includes PI controller, quasi-PR controller and P controller; the controller includes: (1) voltage and current signal acquisition, and (2) construction. The voltage outer loop stabilizes the DC side voltage of the inverters through PI controller. The power loop is constructed. The power factor of the inverters connected to the grid is controlled by controlling the reactive power of the input grid. The current double loop consisting of the current outer loop and the capacitance current inner loop is constructed. The output of the current on the grid side is controlled to increase the stability of the system. The invention does not need complex coordinate rotation transformation and complicated feed-forward decoupling control, and has simple control method, can realize unit power factor operation of the system, and has good stability.

【技术实现步骤摘要】
一种含LCL滤波器的逆变器并网控制方法本专利技术专利申请是申请号为201610482977.0、申请日为2016年6月27日、专利技术创造名称为“含LCL滤波器的逆变器并网控制方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及逆变器的控制方法，具体涉及一种含LCL滤波器的逆变器并网控制方法。
技术介绍
随着能源问题的日益严峻，新能源在全世界范围内的应用越来越广，目前新能源多为直流电源，因此，需要经过逆变器才可将新能源发出的电能输入至电网。逆变器作为新能源发电系统与电网相连接的重要装置，直接影响整个并网发电系统的性能，逐渐成为国内外研究的热点问题。大量分布式新能源的接入，对电网系统带来了大量的谐波污染。为了满足国家规定的并网逆变器的并网电流的谐波含量要求，减少流入电网电流中的高次谐波含量，通常在逆变器与电网之间加入无源滤波器。当L滤波器和LCL滤波器的总电感值相等时，相比于L滤波器，LCL滤波器对高次谐波电流的衰减作用更强，更有利于逆变器在较低开关频率下获得高质量的并网电流，因此LCL滤波器在并网逆变电源中得到了广泛应用。相比于L滤波器，LCL滤波器增加了滤波电容C和网侧滤波电感L2，利用电感和电容对不同频率分量所呈现阻抗差异性特点，在高频情况下电感支路的阻抗大，而电容支路的阻抗小，从而为高频谐波分量提供低阻通道，降低注入电流中的高频谐波含量。但LCL滤波器为三阶系统，且存在一个阻尼系数很小的谐振尖峰，比较容易产生谐振造成系统不稳定。目前常见的含LCL滤波器的逆变器并网控制方法，其通常需要进行复杂的坐标旋转变换和繁琐的前馈解耦控制，控制方法相对复杂且稳定性需要提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种基于αβ坐标系下的电压外环、功率环以及电流双环的含LCL滤波器的逆变器并网控制方法，该方法不需要复杂的坐标旋转变换和繁琐的前馈解耦控制，控制方法简单，可实现单位功率因数运行，且稳定性好。本专利技术的技术方案是：本专利技术的含LCL滤波器的逆变器并网控制方法，由电压互感器、电流互感器以及逆变器配设的控制器实施；上述的控制器包括PI控制器、准PR控制器和P控制器；包括以下步骤：①电压电流信号采集：通过电压互感器和电流互感器分别采集逆变器直流侧电压Udc、电网侧三相交流电压Usa、Usb、Usc、电网侧三相交流电流I2a、I2b、I2c以及流入LCL滤波器中的电容电流ICa、ICb、ICc；②构建电压外环并通过PI控制器稳定逆变器直流侧电压：由预设的逆变器直流侧电压参考值Udcref以及步骤①测得的逆变器直流侧电压Udc构成电压外环；PI控制器通过调整控制电压外环的输出值Im同步相应调整电网侧电流在αβ坐标系下的电流幅值，实现逆变器直流侧电压的稳定；③构建功率环并通过控制输入电网的无功功率相应控制逆变器并网的功率因数：由步骤①所得的电网侧电压Usa、Usb、Usc和步骤②所得电压外环的输出值Im构成功率环；功率环的输入值为步骤②中电压外环的输出值Im以及电网侧电压的相角值α；输出值为αβ坐标系下的电流参考值Iαref、Iβref，功率环采用式(1)的控制方程实施控制：其中：θ为电网侧电流的相角值；通过改变θ值的大小实现系统输出的功率因数控制；④构建网侧电流外环和电容电流内环组成的电流双环，控制电网侧电流的输出以增加系统稳定性：由步骤①所得的电网侧电流I2a、I2b、I2c及LCL滤波器的电容电流ICa、ICb、ICc构建网侧电流外环控制和电容电流内环控制的电流双环控制：控制器将电网侧电流I2a、I2b、I2c转换成αβ坐标系下的电网侧电流I2α、I2β，电容电流ICa、ICb、ICc转换成αβ坐标系下的电容电流ICα、ICβ；准PR控制器将αβ坐标系下的电网侧电流I2α、I2β与步骤③中功率环输出的电流参考信号Iαref、Iβref比较后输出控制信号所需的校正量ICαref、ICβref；P控制器将准PR控制器输出的校正量ICαref、ICβref与αβ坐标系下的电容电流ICα、ICβ比较后输出电压控制信号Uinα、Uinβ，控制器经αβ坐标系逆变换后得到逆变器交流侧电压的控制量，控制器相应输出SPWM波控制逆变器的通断；上述步骤③中，电网侧电流的相角值θ采用式(2)的方式取值：其中：U为电网侧电压的有效值，UN为电网侧电压的额定值；当θ取值与电网侧电压的相角值α相等时，逆变系统运行在单位功率因数状态；当电网侧电压U降为额定电压UN的0.5～0.9倍时，根据电网侧电压U的跌落程度，改变电网侧电流的相角值θ，从而发出一定的无功功率；当电网侧电压U降为额定电压UN的0.5倍以下时，改变电网侧电流的相角值θ，使光伏发电系统仅输出无功功率。上述的步骤②中，PI控制器的具体控制方式为：当Udc＞Udcref时，通过PI控制器增大电压外环的输出值Im使得电网侧电流幅值相应同步增大，从而增加输入电网的功率，使得逆变器直流侧电压Udc减小至其参考值Udcref；当Udc＜Udcref时，通过PI控制器减小电压外环的输出值Im使得电网侧电流幅值相应同步减小，从而减小输入电网的功率，使得逆变器直流侧电压Udc增大至逆变器直流侧电压参考值Udcref；当Udc＝Udcref时，通过PI控制器控制电压外环的输出值Im保持不变使得电网侧电流幅值保持不变，从而使得流入电网的功率保持不变。上述的步骤④中，准PR控制器的表达式如式(3)：其中：Gco(s)表示准PR控制的传递函数，s表示拉普拉斯变换中的复数，kp为比例常数、ki为积分常数，ω0为谐振频率，ωc为截止频率。本专利技术具有积极的效果：本专利技术的含LCL滤波器的逆变器并网方法，其采用基于αβ坐标系下的电压外环、功率环以及电流双环的控制方法，通过将三相逆变器的控制转换为两个单相逆变器的控制，使得控制方法简单，并可实现系统单位功率因数运行，且稳定性好；同时能有效避免现有技术中常见的复杂的坐标旋转变换和前馈解耦控制。附图说明图1为本专利技术所应用的系统电路结构示意图；图2为本专利技术所采用的控制系统结构示意框图；图3为本专利技术所采用的在αβ坐标系下α轴的电流双环控制方式示意图；图4为仿真实验中不同电压参考值下测得的直流侧电压波形图；图5为仿真实验中并网点输入到电网的功率波形图；图6为仿真实验中相角变化后的并网点输出的无功功率波形图；图7为仿真实验中在αβ坐标系下的电压外环输出的电流波形图；图8为仿真实验中在αβ坐标系下α轴电流及其参考值的波形图；图9为仿真实验中在αβ坐标系下β轴电流及其参考值的波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。(实施例1)见图1至图3，本实施例的含LCL滤波器的逆变器并网控制方法，其为基于αβ坐标系下的电压环、功率环以及电流双环的控制方法，由逆变器配设的控制器实施；控制器包括PI控制器(PI：比例调节和积分调节)、准PR控制器(PR：比例谐振)和P控制器(P：比例)；αβ坐标系的转换由控制器执行。本实施例的含LCL滤波器的逆变器并网控制方法，具体由以下步骤实现：①电压电流信号采集：通过电压互感器和电流互感器分别采集逆变器直流侧电压Udc、电网侧三相交流电压Usa、Usb、Usc、电网侧三相交流电流I2a、I2b、I2c以及流入LCL滤波器中的电容电流ICa本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含LCL滤波器的逆变器并网控制方法，由电压互感器、电流互感器以及逆变器配设的控制器实施；其特征在于：所述的控制器包括PI控制器、准PR控制器和P控制器；包括以下步骤：①电压电流信号采集：通过电压互感器和电流互感器分别采集逆变器直流侧电压Udc、电网侧三相交流电压Usa、Usb、Usc、电网侧三相交流电流I2a、I2b、I2c以及流入LCL滤波器中的电容电流ICa、ICb、ICc；②构建电压外环并通过PI控制器稳定逆变器直流侧电压：由预设的逆变器直流侧电压参考值Udcref以及步骤①测得的逆变器直流侧电压Udc构成电压外环；PI控制器通过调整控制电压外环的输出值Im同步相应调整电网侧电流在αβ坐标系下的电流幅值，实现逆变器直流侧电压的稳定；PI控制器的具体控制方式为：当Udc＞Udcref时，通过PI控制器增大电压外环的输出值Im使得电网侧电流幅值相应同步增大，从而增加输入电网的功率，使得逆变器直流侧电压Udc减小至其参考值Udcref；当Udc＜Udcref时，通过PI控制器减小电压外环的输出值Im使得电网侧电流幅值相应同步减小，从而减小输入电网的功率，使得逆变器直流侧电压Udc增大至逆变器直流侧电压参考值Udcref；当Udc＝Udcref时，通过PI控制器控制电压外环的输出值Im保持不变使得电网侧电流幅值保持不变，从而使得流入电网的功率保持不变；③构建功率环并通过控制输入电网的无功功率相应控制逆变器并网的功率因数：由步骤①所得的电网侧电压Usa、Usb、Usc和步骤②所得电压外环的输出值Im构成功率环；功率环的输入值为步骤②中电压外环的输出值Im以及电网侧电压的相角值α；输出值为αβ坐标系下的电流参考值Iαref、Iβref，功率环采用式(1)的控制方程实施控制：...

【技术特征摘要】
1.一种含LCL滤波器的逆变器并网控制方法，由电压互感器、电流互感器以及逆变器配设的控制器实施；其特征在于：所述的控制器包括PI控制器、准PR控制器和P控制器；包括以下步骤：①电压电流信号采集：通过电压互感器和电流互感器分别采集逆变器直流侧电压Udc、电网侧三相交流电压Usa、Usb、Usc、电网侧三相交流电流I2a、I2b、I2c以及流入LCL滤波器中的电容电流ICa、ICb、ICc；②构建电压外环并通过PI控制器稳定逆变器直流侧电压：由预设的逆变器直流侧电压参考值Udcref以及步骤①测得的逆变器直流侧电压Udc构成电压外环；PI控制器通过调整控制电压外环的输出值Im同步相应调整电网侧电流在αβ坐标系下的电流幅值，实现逆变器直流侧电压的稳定；PI控制器的具体控制方式为：当Udc＞Udcref时，通过PI控制器增大电压外环的输出值Im使得电网侧电流幅值相应同步增大，从而增加输入电网的功率，使得逆变器直流侧电压Udc减小至其参考值Udcref；当Udc＜Udcref时，通过PI控制器减小电压外环的输出值Im使得电网侧电流幅值相应同步减小，从而减小输入电网的功率，使得逆变器直流侧电压Udc增大至逆变器直流侧电压参考值Udcref；当Udc＝Udcref时，通过PI控制器控制电压外环的输出值Im保持不变使得电网侧电流幅值保持不变，从而使得流入电网的功率保持不变；③构建功率环并通过控制输入电网的无功功率相应控制逆变器并网的功率因数：由步骤①所得的电网侧电压Usa、Usb、Usc和步骤②所得电压外环的输出值Im构成功率环；功率环的输入值为步骤②中电压外环的输出值Im以及电网侧电压的相角值α；输出值为αβ坐标系下的电流参考值Iαref、Iβref，功率环采用式(1)的控制方...

【专利技术属性】
技术研发人员：董祖晨，龚蕾，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司常州供电公司，国网江苏省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32