一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构及控制方法技术

本发明专利技术涉及逆变器控制领域，具体的是一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构及控制方法，拓扑结构包括直流侧电压源、三相逆变器、LCL滤波器、电网阻抗和电网，直流侧电压源并接在三相逆变器的直流侧，三相逆变器的输出侧与LCL滤波器串联之后通过电网阻抗接入电网。控制方法以电容电压为前馈量，通过全前馈函数引到准比例谐振控制器的输出端，得到的信号与控制器的输出求和后作为PWM的调制信号，控制逆变桥开关管的通断。本发明专利技术中全前馈函数抵消了电容电流比例反馈的有源阻尼，节省了采集电容电流的传感器，设计简单而且提高了电网背景谐波的抑制能力。背景谐波的抑制能力。背景谐波的抑制能力。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构及控制方法


[0001]本专利技术涉及逆变器控制领域，具体的是一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构及控制方法。

技术介绍

[0002]并网逆变器因具有灵活的运行模式以及良好的可控性，成为分布式发电系统与电网之间功率转换的重要接口，然而随着新能源发电装机容量及其在电网中渗透率的逐渐增加，电网的特性越来越像弱电网，这对并网逆变器的动态特性产生重大影响。电网阻抗的大范围变化可能引起系统的不稳定，电网电压背景谐波也会导致注入电网电流的畸变。
[0003]LCL型并网逆变器对高次谐波有显著的抑制能力，但是对电网背景谐波的抑制能力有限，且LCL滤波器存在固有的谐振峰。目前谐振峰的阻尼方法分为无源阻尼和有源阻尼两种，无源阻尼即在滤波电容支路串联电阻，该方法简单但是会造成额外的功率损耗；有源阻尼主要有分裂电容法、电容电流反馈、零极点配置补偿等方法，其中电容电流比例反馈简单有效而被广泛采用。
[0004]在注入电网电流畸变抑制方面主要有两种方法，一种是增加谐振频率处的电流环路增益，可以通过多谐振调节器或比例积分控制器来实现。但是如果被抑制的电流谐波频率接近或者超过电流环路增益的穿越频率，则会引起系统的相位裕度不足，甚至导致系统的不稳定。另一种是重塑逆变器的输出阻抗，可以通过电网电压前馈控制来实现，电网电压比例前馈控制能够有效抑制低频谐波，但会放大高频谐波。在不考虑控制延迟的情况下，电网电压全前馈控制使逆变器的输出阻抗等效为无穷大，从而能够完全消除并网电流中电网电压扰动的影响。但是考虑控制延迟时，逆变器的输出阻抗不可能为无穷大，而且延迟环节会带来负的相移，从而降低系统的稳定裕度，通过在前馈通道中引入多谐振元件，可以实现并网电流对电网电压谐波有足够抑制能力的同时保证了系统的稳定裕度。
[0005]然而在弱电网中电网阻抗会发生大范围变化，且现实应用中逆变器会通过升压变压器接入电网，变压器的漏电感作为LCL滤波器的电网侧电感，电网电压难以直接测量。综上所述，目前抑制电网背景谐波的控制策略都有一定的限制，非常有必要研究适应性更广泛的抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构及控制方法。

技术实现思路

[0006]为解决上述
技术介绍
中提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构及控制方法，本专利技术以电容电压作为前馈量，通过全前馈函数引到准比例谐振控制器的输出端，得到的信号与控制器的输出求和后作为PWM的调制信号，控制逆变桥开关管的通断，全前馈函数抵消了电容电流比例反馈的有源阻尼，节省了采集电容电流的传感器，设计简单而且提高了电网背景谐波的抑制能力。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0008]一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构，所述拓扑结构包括直流侧电压
源、三相并网逆变器、LCL滤波器、电网阻抗和电网，所述直流侧电压源并接在三相逆变器的直流侧，三相逆变器的输出侧与LCL滤波器串联之后通过电网阻抗接入电网。
[0009]进一步地，所述LCL滤波器包括逆变器侧电感L1、电网侧电感L2和滤波电容C
f
。
[0010]一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
[0011]一、采样电压侧相电压U
ga
、U
gb
、U
gc
并经过三相电网电压坐标变换方程得到两相静止坐标系下αβ轴分量U
gα
、U
gβ
；
[0012]采样滤波电容电压U
ca
、U
cb
、U
cc
并经过滤波电容电压坐标变换方程得到两相静止坐标系下αβ轴分量U
cα
、U
cβ
；
[0013]采样滤波电容电流I
ca
、I
cb
、I
cc
并经过滤波电容电流坐标变换方程得到两相静止坐标系下αβ轴分量I
cα
、I
cβ
；
[0014]采样三相并网电流I
ga
、I
gb
、I
gc
并经过三相并网电流坐标变换方程得到两相静止坐标系下αβ轴分量I
gα
、I
gβ
；
[0015]二、获取实际的并网电流I
gα
、I
gβ
并将该值与对应的并网参考电流I*α、I*β做差，并将误差信号输入准比例谐振控制器；
[0016]三、获取滤波电容电压U
cα
、U
cβ
通过全前馈函数G
ff
引到准比例控制器的输出端，全前馈函数中的一阶微分项sC
f
K
C
G
d
与电容电流有源阻尼项正负抵消；
[0017]四、根据步骤三抵消之后的全前馈输出信号与步骤二得到的准比例谐振控制器输出信号求和后作为PWM的调制信号，控制逆变桥开关的通断。
[0018]进一步地，所述步骤一中的三相电网电压坐标变换方程表达式为：
[0019][0020][0021]滤波电容电压坐标变换方程表达式为：
[0022][0023][0024]滤波电容电流坐标变换方程表达式为：
[0025][0026][0027]三相并网电流坐标变换方程的表达式为：
[0028][0029][0030]进一步地，所述步骤三中的全前馈函数表达式为：
[0031][0032]其中，K
PWM
为逆变桥增益，前馈函数中sC
f
K
C
G
d
项与电容电流有源阻尼项相互抵消，省去采集电容电流的传感器。
[0033]本专利技术的有益效果：
[0034]1、本专利技术以滤波电容电压作为前馈量，通过全前馈函数引入到准比例谐振控制器的输出端，控制策略设计简单，适应范围更广泛且能够保证对电网背景谐波很强的抑制能力；
[0035]2、本专利技术通过等效变换，全前馈函数的sC
f
K
C
G
d
项恰好与滤波电容电流有源阻尼项相互抵消，省去了采集电容电流的传感器，从而避免了电容电流采集引起的误差，有利于提高系统的稳定性；
[0036]3、本专利技术可以直接在现有的电网电压全前馈控制策略上进行改进，无需额外增加电力电子设备，降低功耗适用范围也更广泛。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
[0038]图1为本专利技术逆变器主电路拓扑结构图；
[0039]图2为本专利技术逆变器的等效控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构包括直流侧电压源、三相并网逆变器、LCL滤波器、电网阻抗和电网，所述直流侧电压源并接在三相逆变器的直流侧，三相逆变器的输出侧与LCL滤波器串联之后通过电网阻抗接入电网。2.根据权利要求1所述的一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构，其特征在于，所述LCL滤波器包括逆变器侧电感L1、电网侧电感L2和滤波电容C
f
。3.一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构的控制方法，包括如权利要求1或2所述的抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：一、采样电压侧相电压U
ga
、U
gb
、U
gc
并经过三相电网电压坐标变换方程得到两相静止坐标系下αβ轴分量U
gα
、U
gβ
；采样滤波电容电压U
ca
、U
cb
、U
cc
并经过滤波电容电压坐标变换方程得到两相静止坐标系下αβ轴分量U
cα
、U
cβ
；采样滤波电容电流I
ca
、I
cb
、I
cc
并经过滤波电容电流坐标变换方程得到两相静止坐标系下αβ轴分量I
cα
、I
cβ
；采样三相并网电流I
ga
、I
gb
、I
gc
并经过三相并网电流坐标变换方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪芦诚，安闪闪，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：