一种弱电网下改进型加权平均电流控制方法技术

本发明专利技术公开一种弱电网下改进型加权平均电流控制方法，包括以下步骤：S1：对传统的加权平均电流方法进行改进，得到系统开环传递函数；S2：对系统开环函数进行零极点对消，此时不需要电容电流反馈回路；S3：得出新的的加权系数α，系统的开环传递函数降为一阶形式。本发明专利技术在基于电网电压前馈的有源阻尼控制基础上引入加权平均电流控制，降低系统的阶数，消除电网阻抗的影响，提高系统的稳定性，且加权系数大小仅与LCL滤波器的参数有关，得到较好的逆变器输出电流质量。

An Improved Weighted Average Current Control Method for Weak Power Grid

【技术实现步骤摘要】
一种弱电网下改进型加权平均电流控制方法
本专利技术涉及一种弱电网下改进型加权平均电流控制方法，属于并网逆变器控制领域。
技术介绍
在实际的远距离输电的过程中，电网会引入大量的线路阻抗，这些线路阻抗与非线性负载共同作用下，将使得电网阻抗不能忽略，此时的电网称为弱电网，且在一定频率范围内电网一般是感性成分较多。并网逆变器在考虑电网阻抗情况下运行时，会降低系统的稳定性，因此弱电网下的并网逆变器相关控制策略研究，逐渐成为国内外学者关注焦点。2013年第34期的《中国电机工程学报》中《电网阻抗对大型并网光伏系统稳定性影响分析》一文中将三相LCL型逆变器的数学模型转换成诺顿等效电路形式，讨论了并网电流与公共耦合点电压之间的关系，得出并网系统的闭环传递函数，然后运用劳斯判定表和根轨迹法对其系统稳定性进行分析，为弱电网下的逆变器控制方案奠定了理论基础。2014年第34期的《中国电机工程学报》中《弱电网下LCL滤波并网逆变器自适应电流控制》一文中通过深入分析在弱电网下，电网电压前馈控制对滤波器电容电流及并网电流双闭环控制时的影响，提出一种电网阻抗估测的自适应电流控制方法，通过动态更新调节器参数以适应弱电网特性，但电网阻抗动态测量方案使得控制系统设计变得更为复杂，较难实现。2014年第34期的《中国电机工程学报》中《提高LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的虚拟阻抗方法》一文中通过采用虚拟的并联阻抗与串联阻抗分别对逆变器输出阻抗的模值和相角进行了校正，可以同时兼顾鲁棒性和抗干扰性能的要求，提高了逆变器对弱电网的适应能力。2016年第36期的《中国电机工程学报》中《弱电网条件下LCL型并网逆变器谐振前馈控制策略研究》一文中首先通过在电网电压中加入谐振前馈环节，然后提取基波电压进行前馈控制，最后与准PR控制器和谐振控制器相结合，较好的削弱了并网电流谐波。如图1为考虑电网阻抗存在时的三相LCL型并网逆变器的拓扑结构，其中Vdc为直流电压，Cdc为直流电容，e为三相电网电压，Vsk(k＝a、b、c)为逆变器侧电压，Saq、Sap、Sbq、Sbp、Scq、Scp为6个IGBT，L1为逆变器侧电感，L2为电网侧电感，i1为逆变器侧电流，i2为电网侧电流，iC为滤波器电容电流，Zg为电网阻抗，eg为公共耦合点(PCC)电压，且eg包括电网电压及电网阻抗Zg上的电压。可得电网阻抗及公共耦合点电压为：Zg＝rg+sLgeg＝e+Zg*i2式中rg、Lg分别是电网阻抗中阻性及感性成分，且Lg＝β(L1+L2)，β为电网阻抗中感性成分占逆变器总电感的百分比。图2和图3分别为纯电阻情况下基于电网电压前馈的有源阻尼控制在电网电阻rg＝0.7、2Ω时的伯德图，可以看出当电阻发生变化时，系统伯德图变化很小，裕度仅有几度的变化，当电阻增大时，系统的相位裕度稍减，变化幅度不大，相频曲线基本重合，因此当阻抗为纯电阻时，对系统几乎不产生影响，仍能稳定运行，故电网阻抗中的阻性成分对系统的影响几乎可以忽略。如图4、图5和图6为纯感性下基于电网电压前馈的有源阻尼控制在电网电感Lg＝0.11、0.44、0.66mH时的伯德图，可以看出系统的谐振频率会随着电网感抗的增大而减小，且谐振频率的降低对相位裕度的衰减作用十分明显，因此随着电网感抗的增大，系统的裕度会一直降低，直至逆变器并网系统彻底失去稳定性，故电网感性阻抗的存在对前馈有源阻尼控制的影响较大，因此需要消除电网阻抗的影响。
技术实现思路
为了消除感性成分对并网逆变器控制系统的影响，降低系统阶数，提高系统稳定性，得到较好的控制器输出电流，且求出的新加权系数与电网阻抗无关，仅与LCL滤波器参数有关，本专利技术提出了一种弱电网下改进型加权平均电流控制方法，具体原理与技术方案如下：首先，对弱电网环境下的基于电网电压前馈的有源阻尼控制方法进行了理论分析，可得系统的共轭开环极点频率为：从上式中可得系统的共轭开环极点频率与电网阻抗中的感性成分有关，系统的谐振频率会随着电网感抗的增大而减小，直至逆变器并网系统彻底失去稳定性。进一步的，引入加权平均电流控制方法，可得传统加权系数ɑ：从该式可以看出传统加权系数与电网阻抗中的感性成分有关，当电网感抗发生变化时，加权系数也会随着变化，不利于控制系统的设计，且将传统加权系数带入到基于电网电压前馈的有源阻尼控制中，可得系统的开环传递函数Gopen_g为：式中Gi(s)为PI控制器，kPWM为PWM逆变环节，由于采用的是SVPWM调制方式，故kPWM的值为1，Gf(s)为前馈系数，且其值为1/kPWM。从式中可以看出系统的传递函数中多了一项Gf(s)kPWMLg/(L1+L2+Lg)，且该项与电网感抗有关，为了将系统降为一阶，则必须消除该项，需要令Gf(s)＝0，即消去电网电压前馈项(在弱电网下电网感抗将会对前馈项产生影响)。进一步的，S1：对传统的加权平均电流方法进行改进，得到系统开环传递函数Gopen_g：S2：令S1步骤中的传递函数中kC＝0，消除回路kCkPWM(L2+Lg)s2C，使电路不需要电容电流反馈回路；S3：设计新的的加权系数α：消除了电网阻抗中感性成分Lg的影响，系统的开环传递函数降为一阶形式，如下式所示：式中，Gi(s)为PI控制器，kPWM为PWM逆变环节，L1为逆变器侧电感，L2为电网侧电感。进一步的，所述S2步骤中消除kCkPWM(L2+Lg)s2C回路后的传递函数为：进一步的，采用零极点对消的方法消除了电网感抗的影响。进一步的，设计的新加权系数α与电网阻抗无关，仅与LCL滤波器参数有关。进一步的，PWM逆变环节采用SVPWM调制方式。进一步的，所述改进型加权平均电流控制方法是在电网电压前馈的有源阻尼控制方法基础上引入。改进型加权平均电流控制方法将电流内环控制从三阶降为一阶，并不再受电网阻抗的影响，提高了系统的稳定性，且加权系数大小仅与LCL滤波器的参数有关，得到较好的逆变器输出电流质量。本专利技术在基于电网电压前馈的有源阻尼控制基础上引入加权平均电流方法，设计新的加权系数，消除电网阻抗中感性成分的影响，降低了系统阶数，提高系统的稳定性。如图8所示电网感抗Lg＝0.4、0.6、2mH时传统加权平均电流控制方法与改进后加权平均电流控制方法的对比伯德图。从图中可以看出，当电网感抗发生变化时，传统的加权平均电流方法下系统有谐振尖峰，且相角发生了-180°穿越，系统不稳定，而改进型方法的相频曲线随着电网阻抗的变换，相角裕度一直稳定在90°左右，几乎没有发生变化，始终保持一阶特性，不再受电网阻抗的影响，系统仍能稳定运行。如图9所示改进型加权平均电流控制方法时电网感抗Lg＝0.4、0.6、2mH时并网电流开环函数伯德图，从图中可以看出当电网感抗发生变化时，并网电流的幅值裕度和相位裕度会发生较小范围的变化，但系统仍是稳定运行。附图说明图1为考虑电阻存在时的三相LCL型并网逆变器的拓扑结构图；图2为纯电阻情况下基于电网前馈的有源阻尼控制在电网电阻rg＝0.7Ω时的伯德图；图3为纯电阻情况下基于电网前馈的有源阻尼控制在电网电阻rg＝2Ω时的伯德图；图4为纯感性情况下基于电网前馈的有源阻尼控制在电网电感Lg＝0.11mH时的伯德图；图5为纯感性情况下基于电网前馈的有源阻尼控制在电网电感Lg本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弱电网下改进型加权平均电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对传统的加权平均电流方法进行改进，得到系统开环传递函数Gopen_g：

【技术特征摘要】
1.一种弱电网下改进型加权平均电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对传统的加权平均电流方法进行改进，得到系统开环传递函数Gopen_g：S2：令S1步骤中的传递函数中kC＝0，消除回路kCkPWM(L2+Lg)s2C，使电路不需要电容电流反馈回路；S3：设计新的加权系数α：消除了电网阻抗中感性成分Lg的影响，系统的开环传递函数降为一阶形式，如下式所示：式中，Gi(s)为PI控制器，kPWM为PWM逆变环节，L1为逆变器侧电感，L2为电网侧电感。2.根据权利要求1所述弱电网下改进型加权平均电流控制方法，其特征在于，所述S2步骤中消除...

【专利技术属性】
技术研发人员：李圣清，张威威，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43