一种应用于LCL型整流回馈单元的并网电流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于LCL型整流回馈单元的并网电流控制方法，具体为：将三相静止坐标系下的网压和交流侧电流转换为两相静止坐标系下的网压和交流侧电流，再通过电流预测环节得到预测电流；将给定的有功电流和无功电流经过变换矩阵分别得到两相静止坐标系下电流给定值；将预测电流与电流给定值的误差值作为新控制器环节的输入，新控制环节的输出与公共耦合点的电压经过前馈系数相加得控制环路输出信号，经过变换矩阵变换得到三相静止坐标系下的控制输出信号再经过直流母线电压解耦生成调制信号，通过调制器得到PWM波形。本发明专利技术提高了并网电流控制回路增益，有效抑制谐振峰，缓解了电网电压扰动和直流母线电压波动对系统稳定性的影响。

A Grid-connected Current Control Method for LCL Rectifier Feedback Unit

The invention discloses a grid-connected current control method applied to LCL rectifier feedback unit, which is specifically as follows: transforming the grid voltage and AC side current in three-phase static coordinate system into the grid voltage and AC side current in two-phase static coordinate system, and then obtaining the predicted current through the current prediction link; and obtaining the two-phase static sitting by transforming the given active current and reactive current through the transformation matrix respectively. The error value of predicted current and current given value is taken as the input of the new controller. The output of the new control link and the voltage of the common coupling point are added by feedforward coefficient to get the output signal of the control loop. The output signal of the control loop in the three-phase static coordinate system is obtained by transformation matrix transformation, and then the modulation signal is generated by decoupling the voltage of the DC bus. The PWM waveform is obtained by the modulator. The invention improves the gain of the grid-connected current control loop, effectively suppresses the resonance peak, and alleviates the influence of grid voltage disturbance and DC bus voltage fluctuation on system stability.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于LCL型整流回馈单元的并网电流控制方法
本专利技术属于并网电流控制方法
，涉及一种应用于LCL型整流回馈单元的并网电流控制方法。
技术介绍
现今，电力电子变流技术不断发展，而电力电子器件也渐渐更新换代。传统变频控制系统的整流单元采用不可控二极管整流元件，电流单相导通，无能量回馈，需要配置制动单元，直流侧电压不可控，电源电压不能低于电机额定电压。AFE变频控制系统的整流单元采用有源可控IGBT整流元件，开通关断均可控，电流双向流通，且无需制动单元，PWM控制完美无谐波，容许电源电压低于电机电压。但是脉动电压会引起整流器给定网侧电流中产生大量的谐波，而实际网侧电流跟踪给定的网侧电流，最终整流器实际网侧电流中含有5次、7次谐波，对电网造成污染。为减小注入电网的谐波，通常在整流器和电网之间加入滤波器，常用的滤波器有L型滤波器和LCL型滤波器。L型滤波器结构简单，滤波器的特性相当于一个微分环节，而微分环节对噪声干扰具有放大作用，因此滤波器对噪声比较敏感。而且在大功率下，电感L的容量会比较大，导致系统感抗增大，滤波器体积增大，成本升高。与L型滤波器相比，LCL滤波器可在更小的电感，更低的开关频率的情况下取得同样的滤波效果，更小的电感量有利于逆变器拥有更好的动态性能和较低的阻抗压降，LCL型滤波器比L型滤波器多了一组滤波电容C，电容C对电压高频分量的阻抗很小，为高频分量提供通路，因此LCL型滤波器可有效滤除注入电网的高频电流分量，相比于L型滤波器能更好地滤除电压谐波。因此，进行基于LCL型滤波器的整流回馈单元的研究具有较大的实用价值。但是由于其是三阶系统，LCL滤波器具有谐振特性，使得对系统的控制更加复杂，且对谐波更加敏感，增加了系统稳定性控制的难度，那么就需要引入阻尼控制方法来抑制谐振峰的影响。阻尼控制方法有无源阻尼控制和有源阻尼控制两大类，无源阻尼控制就是在电容支路串联或者并联电阻，增加系统阻尼系数来实现对谐振峰的抑制，但是这种控制方法增加了系统的额外损耗，降低了系统效率，因此在效率要求较高的系统中常采用有源阻尼控制方法，即通过设计控制器来增加系统的阻尼系数。现有的有源阻尼控制方法并网电流控制回路增益存在限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用于LCL型整流回馈单元的并网电流控制方法，提高了并网电流控制回路增益，有效抑制谐振峰，缓解了电网电压扰动和直流母线电压波动对系统稳定性的影响。本专利技术所采用的技术方案是，一种应用于LCL型整流回馈单元的并网电流控制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，将三相静止坐标系abc下的公共耦合点电压和交流侧电流通过电流变换矩阵变换为两相静止坐标系αβ下的公共耦合点电压和交流侧电流，规定流入电网的电流流向为电流正方向，则电流变换矩阵中三相静止坐标系下的电流均为负，再通过电流预测环节得到α坐标下预测电流iL1α_pre和β坐标下预测电流iL1β_pre；步骤2，将给定的有功电流和无功电流经过变换矩阵分别得到两相静止坐标系αβ下电流给定值，即α坐标下的电流给定值iL1α_ref和β坐标下的电流给定值iL1β_ref；步骤3，将步骤1生成的两相静止坐标系αβ下的预测电流与步骤2生成的两相静止坐标系αβ下的电流给定值的误差值作为新控制器环节的输入，新控制环节的输出和两相静止坐标系αβ下的网压经过前馈系数kg相加分别得到两相静止坐标系αβ下控制环路输出信号uα和uβ，uα为α坐标下的控制环路输出信号，uβ为β坐标下的控制环路输出信号；步骤4，将两相静止坐标系αβ下控制环路输出信号uα和uβ经过变换矩阵变换分别得到三相静止坐标系abc下的控制输出信号uA、uB、uC；步骤5，三相静止坐标系下控制输出信号经过直流母线电压Vdc解耦，直流母线电压的利用率为1/2,最终生成三相调制信号DA、DB、DC，经过PWM调制产生驱动波形控制整流器的开关管，实现并网电流的控制。本专利技术的特征还在于，步骤1中的电流变换矩阵为：其中，vpcc_a、vpcc_b、vpcc_c分别为三相静止坐标系abc中a坐标、b坐标、c坐标下的公共耦合点电压，vpccα、vpccβ分别为两相静止坐标系αβ中α坐标下和β坐标下的公共耦合点电压，-iL2_a、-iL2_b、-iL2_c为三相静止坐标系abc中a坐标、b坐标、c坐标下的交流侧电流，iL2_α、iL2_β为两相静止坐标系αβ中α坐标下和β坐标下的交流侧电流。网压的实际采样点为公共耦合点PCC，公共耦合点的电压vpcc即为前馈电压。α坐标下预测电流iL1α_pre的表达式为：其中，Ts为采样周期，L1为并网侧电感，iα(n)为nTs时刻α坐标下并网侧电感电流值，uα(n-1)为(n-1)Ts时刻α坐标下控制环路的输出信号，vpccα(n)为nTs时刻α坐标下前馈电压；β坐标下预测电流iL1β_pre的表达式为：其中，Ts为采样周期，L1为并网侧电感，iβ(n)为nTs时刻β坐标下并网侧电感电流值，uβ(n-1)为(n-1)Ts时刻β坐标下控制环路的输出信号，vpccβ(n)为β坐标下前馈电压。α坐标下的电流给定值iL1α_ref和β坐标下的电流给定值iL1β_ref分别为：其中，iL1d_ref、iL1q_ref分别为有功电流给定和无功电流给定，ω为旋转角频率，ωt为旋转角度。步骤3中的新控制器环节为：引入增益阻尼单元，并网电流给定值与预测电流的误差值作为新控制器环节的输入，误差值减去比例控制器输出经增益阻尼单元的输出值，得到的误差值经过比例控制器输出，即新控制器环节的输出；其中，增益阻尼单元的表达式为：G(z)＝δ·(1-z-1)(5)式中，δ为阻尼系数，z-1为一拍延迟；新控制器环节的传递函数表达式为：kp为比例控制器增益，Gc(z)＝U(z)/Δe(z)，U(z)为新控制器环节输出，Δe(z)为并网电流参考值与预测电流的误差值，则可以得到：U(z)·(1+kpδ)＝kpδU(z)z-1+kpΔe(z)，从而得到新控制器环节的差分方程表达式为：其中，u(n)为新控制器环节的nTs时刻输出值，u(n-1)为新控制器环节(n-1)Ts时刻输出值，公式U(z)·(1+kpδ)＝kpδU(z)z-1+kpΔe(z)中U(z)、Δe(z)为nTs时刻的值，因此U(z)z-1即为(n-1)Ts时刻的值，n为变量，n代表nTs时刻。步骤3具体为：将α坐标下预测电流iL1α_pre与α坐标下的电流给定值iL1α_ref的误差值作为新控制器环节的输入，使用公式(7)计算新控制环节的输出，然后将新控制环节的输出与α坐标下的公共耦合点电压vpccα经过前馈系数kg相加得到α坐标下控制环路输出信号uα；β坐标下预测电流iL1β_pre与β坐标下的电流给定值iL1β_ref的误差值作为新控制器环节的输入，使用公式(7)计算新控制环节的输出，然后将新控制环节的输出与β坐标下的公共耦合点电压vpccβ经过前馈系数kg相加得到β坐标下控制环路输出信号uβ。取前馈系数kg＝1，α坐标下的公共耦合点电压vpccα经过前馈系数kg之后得到α坐标下前馈环节；β坐标下的公共耦合点电压vpccβ经过前馈系数kg之后得到β坐标下前馈环节。步骤4中的变换矩阵为：本专利技术的有益效果是：本专利技术提高了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于LCL型整流回馈单元的并网电流控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，将三相静止坐标系abc下的公共耦合点电压和交流侧电流通过电流变换矩阵变换为两相静止坐标系αβ下的公共耦合点电压和交流侧电流，规定流入电网的电流流向为电流正方向，则电流变换矩阵中三相静止坐标系下的电流均为负，再通过电流预测环节得到α坐标下预测电流iL1α_pre和β坐标下预测电流iL1β_pre；步骤2，将给定的有功电流和无功电流经过变换矩阵分别得到两相静止坐标系αβ下电流给定值，即α坐标下的电流给定值iL1α_ref和β坐标下的电流给定值iL1β_ref；步骤3，将步骤1生成的两相静止坐标系αβ下的预测电流与步骤2生成的两相静止坐标系αβ下的电流给定值的误差值作为新控制器环节的输入，新控制环节的输出和两相静止坐标系αβ下的网压经过前馈系数kg相加分别得到两相静止坐标系αβ下控制环路输出信号uα和uβ，uα为α坐标下的控制环路输出信号，uβ为β坐标下的控制环路输出信号；步骤4，将两相静止坐标系αβ下控制环路输出信号uα和uβ经过变换矩阵变换分别得到三相静止坐标系abc下的控制输出信号uA、uB、uC；步骤5，三相静止坐标系下控制输出信号经过直流母线电压Vdc解耦，直流母线电压的利用率为1/2,最终生成三相调制信号DA、DB、DC，经过PWM调制产生驱动波形控制整流器的开关管，实现并网电流的控制。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于LCL型整流回馈单元的并网电流控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，将三相静止坐标系abc下的公共耦合点电压和交流侧电流通过电流变换矩阵变换为两相静止坐标系αβ下的公共耦合点电压和交流侧电流，规定流入电网的电流流向为电流正方向，则电流变换矩阵中三相静止坐标系下的电流均为负，再通过电流预测环节得到α坐标下预测电流iL1α_pre和β坐标下预测电流iL1β_pre；步骤2，将给定的有功电流和无功电流经过变换矩阵分别得到两相静止坐标系αβ下电流给定值，即α坐标下的电流给定值iL1α_ref和β坐标下的电流给定值iL1β_ref；步骤3，将步骤1生成的两相静止坐标系αβ下的预测电流与步骤2生成的两相静止坐标系αβ下的电流给定值的误差值作为新控制器环节的输入，新控制环节的输出和两相静止坐标系αβ下的网压经过前馈系数kg相加分别得到两相静止坐标系αβ下控制环路输出信号uα和uβ，uα为α坐标下的控制环路输出信号，uβ为β坐标下的控制环路输出信号；步骤4，将两相静止坐标系αβ下控制环路输出信号uα和uβ经过变换矩阵变换分别得到三相静止坐标系abc下的控制输出信号uA、uB、uC；步骤5，三相静止坐标系下控制输出信号经过直流母线电压Vdc解耦，直流母线电压的利用率为1/2,最终生成三相调制信号DA、DB、DC，经过PWM调制产生驱动波形控制整流器的开关管，实现并网电流的控制。2.根据权利要求1所述的一种应用于LCL型整流回馈单元的并网电流控制方法，所述步骤1中的电流变换矩阵为：其中，vpcc_a、vpcc_b、vpcc_c分别为三相静止坐标系abc中a坐标、b坐标、c坐标下的网压，vpccα、vpccβ分别为两相静止坐标系αβ中α坐标下和β坐标下的公共耦合点电压，-iL2_a、-iL2_b、-iL2_c为三相静止坐标系abc中a坐标、b坐标、c坐标下的交流侧电流，iL2_α、iL2_β为两相静止坐标系αβ中α坐标下和β坐标下的交流侧电流。3.根据权利要求2所述的一种应用于LCL型整流回馈单元的并网电流控制方法，所述网压的实际采样点为公共耦合点PCC，公共耦合点的电压vpcc即为前馈电压。4.根据权利要求2所述的一种应用于LCL型整流回馈单元的并网电流控制方法，所述α坐标下预测电流iL1α_pre的表达式为：其中，Ts为采样周期，L1为并网侧电感，iα(n)为nTs时刻α坐标下并网侧电感电流值，uα(n-1)为(n-1)Ts时刻α坐标下控制环路的输出信号，vpccα(n)为nTs时刻α坐标下前馈电压；所述β坐标下预测电流iL1β_pre的表达式为：其中，Ts为采样周期，L1为并网侧电感，iβ(n)为nTs时刻β坐标下并网侧电感电流值，uβ(n-1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，赵双双，沈鸿，孙向东，安少亮，任碧莹，马高峰，王闻程，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61