一种基于电压前馈的附加相角补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电压前馈的附加相角补偿方法。本发明专利技术采用的技术方案为：基于广义阻抗理论建立不平衡电网下考虑负序控制的逆变器并网模型，计算系统开环传递函数在角频率ω1处的相角，根据期望的相角裕度

An Additional Phase Angle Compensation Method Based on Voltage Feedforward

【技术实现步骤摘要】
一种基于电压前馈的附加相角补偿方法
本专利技术涉及并网逆变器系统稳定性控制领域，具体地说是一种基于电压前馈的附加相角补偿方法。
技术介绍
负荷不平衡、输电线路阻抗不平衡，不对称故障等原因通常会导致电网电压不平衡，我国大型光伏电站一般远离负荷中心，其接入点为电网架构比较薄弱的弱电网，电网电压不平衡问题更加突出。不平衡电网电压下，光伏逆变器若不考虑不对称情况下的控制，将会出现网侧功率波动和并网电流畸变等问题，严重影响光伏逆变器并网运行的安全稳定和电能质量。因此，很多国内外学者对不平衡电网下逆变器控制策略展开研究，并取得一系列成果。现有研究成果中，在电流控制策略方面，主要可分为三类：正、反转同步旋转坐标系下双电流环双PI控制、正转同步旋转坐标系下比例积分-谐振控制或比例积分-降阶谐振控制，静止坐标系下比例谐振控制。负序控制作为一种附加控制，不可避免地会影响原逆变器系统的动态性能和稳定性。正、负序分离嵌入的滤波器会在电流内环引入延时和误差，恶化了电流环的动态性能，此外在不对称故障产生和消失的瞬间系统有失稳的风险。同时，谐振系数越大，转子电流响应的带宽越窄，导致转子电流动态性能变差。因此，谐振系数取值较大时，系统存在失稳的风险，而若把谐振系数取小一些，虽能使系统稳定性变好，但准谐振控制器跟踪交流信号的精度会下降，影响负序控制效果，因此不能简单地通过减小谐振系数去提高系统稳定性。目前对负序控制对并网逆变器系统稳定性影响的关注较少，且没有针对该问题提出相应的解决方案，造成并网逆变器负序控制无法达到预期效果。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种基于电压前馈的附加相角补偿方法，其可以针对考虑负序控制的光伏并网逆变器由于引入准谐振控制器而产生的不稳定现象进行补偿，以提高系统稳定性。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于电压前馈的附加相角补偿方法，其包括以下步骤：1)通过广义阻抗理论建立不平衡电网下逆变器并网模型，其控制引入附加的负序控制，并采用对交流量跟踪的准谐振控制器，计算光伏逆变器并网系统开环传递函数ZG_grid/ZG_VSC在角频率ω1处的相角根据期望的相角裕度计算开环传递函数需要补偿的相角2)在光伏逆变器并网系统电压前馈引入补偿环节传递函数Gc(s)，得到补偿后的电压前馈传递函数为G′ff(s)，G′ff(s)＝Gc(s)Gff(s)，Gff(s)为补偿前的电压前馈传递函数；由电网侧广义阻抗ZG_grid计算角频率ω1处幅值不变、相角增加到时，G′ff(s)的幅值和相角，结合补偿前Gff(s)的幅值和相角，计算角频率ω1处补偿环节传递函数Gc(s)的幅值和相角；3)根据角频率ω1处补偿环节传递函数Gc(s)的幅值和相角，设计附加相角补偿环节的参数。进一步地，所述步骤2)中，补偿环节传递函数Gc(s)的表达式为：式中，增益Kc为增益系数，Ta和Tb为等效时间常数。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术针对并网逆变器中为实现负序控制目标而引入的准谐振控制器对系统稳定性造成恶化的现象，提出一种基于电压前馈的附加相角补偿方法，并给出参数设计方法，能够有效提高系统稳定性和稳定裕度，保证并网逆变器负序控制的有效性。附图说明图1为本专利技术应用例中不平衡电网下并网逆变器系统示意图；图2为本专利技术应用例中补偿前后系统开环传递函数bode图；图3为本专利技术应用例中补偿前系统电磁暂态仿真结果图(图3中，(a)为补偿前d轴电压Ud波形图，(b)为补偿前d轴电流Id波形图，(c)为补偿前q轴电压Uq波形图，(d)为补偿前q轴电流Iq波形图，谐振系数Kr从10变化到20)；图4为本专利技术应用例中补偿后系统电磁暂态仿真结果图(图4中，(a)为补偿后d轴电压Ud波形图，(b)为补偿后d轴电流Id波形图，(c)为补偿后q轴电压Uq波形图，(d)为补偿后q轴电流Iq波形图，谐振系数Kr从20变化到40)。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例本实施例提供一种基于电压前馈的附加相角补偿方法，其包括以下步骤：1)通过广义阻抗理论建立不平衡电网下逆变器并网模型，其控制引入附加的负序控制，并采用对交流量跟踪的准谐振控制器，计算光伏逆变器并网系统开环传递函数ZG_grid/ZG_VSC在角频率ω1处的相角根据期望的相角裕度计算开环传递函数需要补偿的相角2)在光伏逆变器并网系统电压前馈引入补偿环节传递函数Gc(s)，得到补偿后的电压前馈传递函数为G′ff(s)，G′ff(s)＝Gc(s)Gff(s)，Gff(s)为补偿前的电压前馈传递函数；由电网侧广义阻抗ZG_grid计算角频率ω1处幅值不变、相角增加到时，G′ff(s)的幅值和相角，结合补偿前Gff(s)的幅值和相角，计算角频率ω1处补偿环节传递函数Gc(s)的幅值和相角；补偿环节传递函数Gc(s)的表达式为：式中，增益Kc为增益系数，Ta和Tb为等效时间常数。3)根据角频率ω1处补偿环节传递函数Gc(s)的幅值和相角，设计附加相角补偿环节的参数。应用例在Matlab/Simulink软件中建立不平衡电网下并网逆变器模型，如图1所示，光伏逆变器并网系统引入对正、负序电流的无静差控制，采用对交流量跟踪的准谐振控制器。图1中，Lf、Cf和Lline分别为滤波电感、滤波电容和线路电感，Cdc为直流电容；Uabc为光伏逆变器并网处三相电压，Iabc为光伏逆变器端口三相电流，Us为经过LC滤波器后的三相电压，Udc为逆变器直流测电压；Udq和Idq为Uabc和Iabc经过坐标变换后的dq坐标系的d轴和q轴电压电流；三相电压电流为电压、电流的正序分量，为电压、电流的负序分量(上标p、n分别表示正、负序分量，下标+、-分别表示正、反转同步旋转坐标系)；上标*为电压或电流的参考值，和分别为正、反转同步旋转坐标系下正、负序参考电流，稳态时为直流量，和为正转同步旋转坐标系下的负序参考电流，稳态时为交流量，和分别为d轴、q轴电流参考值和直流侧电压参考值。图1中，PI表示一个比例积分环节，图中电压外环采用PI控制。PI-QR表示比例积分-准谐控制环节，当电流内环采用PI-QR控制时，其传递函数其中Kpi和Kii为电流内环比例积分环节的比例和积分参数，Kr为谐振系数，ω2为谐振频率，本例为两倍额定同步速角频率2ω0，ωc为截止角频率。DDSRFPLL表示解耦双同步旋转坐标系锁相环，其中包含一个低通滤波器，其传递函数为其中Tlp为锁相环低通滤波器时间常数，锁相环传递函数为其中Kppll和Kipll为锁相环中比例积分环节的比例和积分参数。其中，光伏逆变器主要参数如表1所示：表1光伏逆变器主要参数网侧电压Uabc(V)690直流侧电压Udc(V)1100逆变器侧滤波电感Lf(pu)0.05滤波电容Cf(pu)0.05直流侧电容Cdc(pu)0.038电压前馈滤波时间常数Tff0.001锁相环低通滤波器时间常数Tlp0.04电流内环比例、积分系数0.7、320截止角频率ωc(rad/s)10电压外环比例、积分参数0.2、10锁相环比例、积分参数60、3000建立该工况下的系统阻抗模型，电流以流向逆变器为正方向时，逆变器端口导纳模型为:其中：式中，下标0表示各个变量的稳态值，a和b为：式中，Gff(s)为电压前馈环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电压前馈的附加相角补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过广义阻抗理论建立不平衡电网下逆变器并网模型，其控制引入附加的负序控制，并采用对交流量跟踪的准谐振控制器，计算光伏逆变器并网系统开环传递函数ZG_grid/ZG_VSC在角频率ω1处的相角

【技术特征摘要】
1.一种基于电压前馈的附加相角补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过广义阻抗理论建立不平衡电网下逆变器并网模型，其控制引入附加的负序控制，并采用对交流量跟踪的准谐振控制器，计算光伏逆变器并网系统开环传递函数ZG_grid/ZG_VSC在角频率ω1处的相角根据期望的相角裕度计算开环传递函数需要补偿的相角2)在光伏逆变器并网系统电压前馈引入补偿环节传递函数Gc(s)，得到补偿后的电压前馈传递函数为G′ff(s)，G′ff(s)＝Gc(s)Gff(s)，Gff(s)为补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞，兰洲，辛焕海，杨升峰，沈志恒，孙飞飞，张婕，李黎，宫泽旭，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司经济技术研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33