The invention discloses a design method of controller parameters and feedback damping coefficient of a digital control system of a three-phase current source type grid connected inverter. The steps are as follows: S1: determining the value range of damping coefficient through the open-loop transfer function of the control system; S2: obtaining the resonance frequency of CL filter according to the fundamental frequency and the switching frequency; S3: combining the three-phase current source type grid connected inverse S4: under the condition that the three-phase current source grid connected inverter digital control system is stable, obtain the size of the controller parameters. The parameter design method of the invention can not only effectively suppress the resonance of CL filter, but also ensure the dynamic performance and stable performance of the system by analyzing the stability of the control system in the discrete domain and combining the influence of high pass filter on the system delay and capacitor voltage feedback path.
【技术实现步骤摘要】
一种三相电流源型并网逆变器数字控制系统的控制器参数及反馈阻尼系数的设计方法
本专利技术涉及逆变器
，尤其涉及一种三相电流源型并网逆变器数字控制系统的控制器参数及反馈阻尼系数的设计方法。
技术介绍
随着能源短缺和环境污染问题的日益严峻，风能、太阳能等可再生能源发电技术得到了快速的发展。并网逆变器作为可再生能源与电网的接口，具有极大的研究价值。根据直流侧储能形式的不同，并网逆变器分为电压型逆变器(VSI)和电流型逆变器(CSI)。相对于VSI来说，CSI具有升压特性、可靠的短路保护特性、简单的直接电流控制特性等优点，因此目前已经广泛地应用于包括新能源发电、电机驱动、有源电力滤波器等在内的诸多领域。对于三相电流型并网逆变器来说，通常采用CL滤波器来滤除PWM调制过程引入的高次谐波以获得高质量的并网电流。然而CL滤波器会带来谐振问题，导致系统不稳定，因此通常需要采用阻尼方法抑制谐振。目前CL滤波器阻尼方法主要分为无源阻尼法和有源阻尼法。其中无源阻尼法通过在CL滤波器中串联或并联电阻阻尼谐振来抑制谐振，但是会增加系统损耗，降低系统效率。而有源阻尼法无需增加额外硬件，通过改变逆变器系统的控制环路达到阻尼效果，因此有源阻尼法应用较广。目前应用于三相电流型并网逆变器的有源阻尼法主要有虚拟阻抗法、基于CL滤波器模型的控制信号补偿法以及基于不同补偿器的控制信号整形法。其中后两者依赖于系统参数，在逆变器并网系统由于电网存在阻抗，精确参数无法获得，因此虚拟阻抗法在并网情况下更有优势。对于电流源型并网逆变器电容电压反馈有...
【技术保护点】
1.一种三相电流源型并网逆变器数字控制系统的控制器参数及反馈阻尼系数的设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/nS1：在三相电流源型并网逆变器数字控制系统处于闭环稳定时，通过三相CSI电容电压反馈有源阻尼控制系统的开环传递函数，确定出阻尼系数的取值范围；/nS2：通过所述三相电流源型并网逆变器数字控制系统的基波频率和开关频率，确定出所述三相电流源型并网逆变器数字控制系统中CL滤波器的谐振频率；/nS3：所述CL滤波器的谐振频率通过三相电流源型并网逆变器数字控制系统的动态性能、阻尼系数的取值范围，确定出反馈阻尼系数的大小；/nS4：根据三相电流源型并网逆变器数字控制系统的幅值裕度、相位裕度和稳态误差，获取控制器参数的大小。/n
【技术特征摘要】
1.一种三相电流源型并网逆变器数字控制系统的控制器参数及反馈阻尼系数的设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：在三相电流源型并网逆变器数字控制系统处于闭环稳定时，通过三相CSI电容电压反馈有源阻尼控制系统的开环传递函数，确定出阻尼系数的取值范围；
S2：通过所述三相电流源型并网逆变器数字控制系统的基波频率和开关频率，确定出所述三相电流源型并网逆变器数字控制系统中CL滤波器的谐振频率；
S3：所述CL滤波器的谐振频率通过三相电流源型并网逆变器数字控制系统的动态性能、阻尼系数的取值范围，确定出反馈阻尼系数的大小；
S4：根据三相电流源型并网逆变器数字控制系统的幅值裕度、相位裕度和稳态误差，获取控制器参数的大小。
2.根据权利要求1所述的一种三相电流源型并网逆变器数字控制系统的控制器参数及反馈阻尼系数的设计方法，其特征在于，所述步骤S1确定出反馈阻尼系数的取值范围，具体如下：
S1.1：在z域下建立三相CSI电容电压反馈有源阻尼控制系统的开环传递函数，具体为：
其中：To(z)为z域开环传递函数，GPR(z)为PR控制器的近似z变换，ωr为CL滤波器的谐振角频率，Ts为控制系数的采样周期，ωc为高通滤波器的截止角频率，Hs为电容电压反馈系数，C为CL滤波器的电容，z为离散域算子；
S1.2：将所述z域开环传递函数的分母由z域变换为w域，获取在w域下的开环传递函数的分母，具体为：
den(w)＝a0w4+a1w3+a2w2+a3w1+a4
其中：
ωr为CL滤波器的谐振角频率，Ts为控制系数的采样周期，ωc为高通滤波器的截止角频率，Hs为电容电压反馈系数，C为CL滤波器的电容，w为w域算子；
S1.3：根据所述w域下的开环传递函数的分母，确定出三相电流源型并网逆变器数字控制系统的特征方程，具体为：
a0w4+a1w3+a2w2+a3w1+a4＝0
其中：
ωr为CL滤波器的谐振角频率，Ts为控制系数的采样周期，ωc为高通滤波器的截止角频率，Hs为电容电压反馈系数，C为CL滤波器的电容，w为w域算子；
S1.4：通过所述特征方程建立劳斯表，所述劳斯表中第一列系数均为正数时，所述三相电流源型并网逆变器数字控制系统的闭环保持稳定，其中所述劳斯表中第一列系数a0、a1、b1、c1、a4均为正数，具体为：
其中：
ωr为CL滤波器的谐振角频率，Ts为控制系数的采样周期，ωc为高通滤波器的截止角频率，Hs为电容电压反馈系数，C为CL滤波器的电容；
S1.5：通过所述劳斯表中第一列系数均为正数，确定出所述阻尼系数的取值范围，具体为：
其中：
b为阻尼系数，ωr为CL滤波器的谐振角频率，Ts为控制系数的采样周期，ωc为高通滤波器的截止角频率，Hs为电容电压反馈系数，C为CL滤波器的电容。
3.根据权利要求2所述的一种三相电流源型并网逆变器数字控制系统的控制器参数及反馈阻尼系数的设计方法，其特征在于，在所述步骤S1.1中的PR控制器的近似z变换，是由s域经修正双线性变换获取得到，具体为：
其中：GPR(z)为PR控制器的近似z变换，kp为PR控制器比例系数，kr为谐振系数，ωb为PR控制器的带宽，ω0为电网基波角频率，Ts为控制系数的采样周期，z为离散域算子。
4.根据权利要求1或2所述的一种三相电流源型并网逆变器数字控制系统的控制器参数及反馈阻尼系数的设计方法，其特征在于，所述步骤S2确定出三相电流源型并网逆变器数字控制系统中CL滤波器的谐振频率，具体如下：
S2.1：根据三相电流源型并网逆变器数字控制系统的基波频率和开关频率，设置所述CL滤波器谐振频率的取值范围，具体为：
10fB＜fr＜0.2fsw
其中：fr为CL滤波器的谐振频率，fB为数字控制系统的基波频率，fsw为数字控制系统的开关频率；
S2.2：结合三相电流源型并网逆变器数字控制系统内电容电压反馈路径中的电阻，与反馈路径中高通滤波器截止频率之间的关系图，确定出高通滤波器截止角频率的取值范围，具体为：
ωr≤ωc≤2ωr
其中：ωr为CL滤波器的谐振角频率，ωc为高通滤波器的截止角频率；
S2.3：根据所述三相电流源型并网逆变器数字控制系统中有源阻尼的性能，将所述高通滤波器截止频率设计为CL滤波器的谐振频率，具体为：
fr＝ωc/2π
其中：fr为CL滤波器的谐振频率，ωc为高通滤波器的截止角频率。
5.根据权利要求4所述的一种三相电流源型并网逆变器数字控制系统的控制器...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿乙文，宋宣锋，张旭，杨可，刘海卫，朱运，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。