本发明专利技术公开提升LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制架构和方法，包括LCL型并网逆变器主控制回路、虚拟阻抗支路、电网电压全前馈支路以及网侧电感电压微分反馈有源阻尼支路。参考电流与进网电流的差值经过电流环控制器，构成主控制回路；进网电流经过虚拟阻抗支路，得到电网阻抗电压，公共耦合点电压减去电网阻抗电压得到电网电压；电网电压经过比例前馈项、二次微分项，构成电网电压全前馈；滤波电容电压与电网电压做差，得到网侧电感和电网阻抗上的电压，并经过微分反馈，形成有源阻尼。本发明专利技术提升了LCL型并网逆变器对弱电网的适应能力，即在电网含有较大阻抗和丰富背景谐波时，依然能够保证逆变器输出高质量的进网电流，具有重要实用价值。有重要实用价值。有重要实用价值。
【技术实现步骤摘要】
提升LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制框架和方法
[0001]本专利技术涉及并网逆变器控制相关领域，具体是一种提升LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制框架和方法。
技术介绍
[0002]长距离输电线路、较多的隔离变压器、大量的分布式发电设备以及各种非线性设备接入公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)，导致从PCC看进去，电网可以等效成一个感性阻抗与富含背景谐波的电压源串联而成的弱电网。相比强电网，弱电网具有以下两个特点：(1)电网阻抗不可忽略，且随着电网运行方式变化；(2)电网含有丰富背景谐波。
[0003]在对逆变器系统进行建模时，如果将逆变器和电网阻抗进行整体建模，系统模型会相对复杂，而且也不易拓展至电网阻抗变化等其他情况；如果将逆变器单独建模，宽范围变化的电网阻抗会降低系统的开环增益和带宽，影响进网电流的稳态误差和动态响应。控制系统中未对电网电压前馈时，富含谐波的电网电压对于进网电流来说是一个扰动，如附图2所示，易引起进网电流畸变；为加快系统动态响应特性以及减轻电网对进网电流的影响，常规的做法是对电网电压进行比例前馈，但在弱电网中PCC电压前馈会引入电网阻抗电压正反馈，大幅降低系统相角稳定裕度，易引起系统失稳。
[0004]针对时变电网阻抗降低系统稳定性的问题，解决方法主要有两类：(1)通过在线测量技术得到电网阻抗，如激起滤波器谐振方法、特定谐波激励检测PCC电压电流方法等，这一类方法通常需要对PCC电压以及进网电流进行傅里叶变换计算，计算过于繁琐，且易对进网电流产生不良影响；(2)使用鲁棒性更强的控制器，提高系统的适应性，但该类控制器通常为非线性控制器，设计较为复杂且通用性较低，此外兼顾对电网背景谐波抑制时，设计情况将更加复杂。针对电网背景谐波降低进网电流质量的问题，可以采用多谐波谐振调节器或者电网电压全前馈方法解决。前者是利用谐振控制器高开环增益来实现谐波抑制，但电网中通常含有多次谐波，采用该方法需要接入多个谐振控制器，增加系统计算负担；后者利用控制框图等效变换，通过添加前馈支路消除电网电压的影响。两者的本质都是增加逆变器输出阻抗来提高其抗干扰能力，但是由于电网阻抗的存在，一方面控制系统的截止频率会随着电网阻抗的增加而降低，当截止频率低于谐振调节器的谐振频率时系统将失稳；另一方面前馈PCC电压会引入电网阻抗电压形成正反馈，降低系统稳定裕度，电网阻抗较大时系统将失稳，而且采用不同形式有源阻尼，导致的电网电压全前馈的形式也不一样，以常规的滤波电容电流比例反馈有源阻尼为例，电网电压全前馈含有三条支路，分别为比例支路、一次微分支路、二次微分支路，增加了系统控制的复杂程度。
[0005]因此，如果能够找到一种不影响进网电流质量、无须进行繁琐耗时的傅里叶运算便能够匹配最佳虚拟阻抗的方法，使弱电网能够等效为含有背景谐波的强电网，而且在电网阻抗发生变化时能够自适应地更改虚拟阻抗值，消除电网阻抗对系统稳定性的影响；在此基础上再找到一种简化的电网电压全前馈方法消除电网背景谐波对进网电流质量的影响，将大幅提高并网逆变器对弱电网的适应能力，同时易于工程实施，具有重要的实用价
值。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供提升LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制框架和方法，该方法不会影响进网电流，同时也无需对采样的电压、电流信号进行傅里叶变换运算，降低了数字处理器负担；本方法加入虚拟阻抗后，弱电网等效为含有背景谐波的强电网，解决了电网阻抗影响系统稳定性的问题，同时基于寻找|插值预测u
PCC
‑
重复控制预测u
PCC
|最小值在线自适应调整虚拟阻抗值，实现自适应控制；本方法基于网侧电感和电网阻抗电压微分反馈实现有源阻尼，在此基础上对电网电压全前馈，能够最大程度上抑制电网背景谐波对进网电流的影响，并降低电网电压全前馈复杂程度；本方法采用重复预测控制解决数字控制延迟带来的问题，在精确补偿数字控制延迟的基础上，避免了常规插值方法放大高次谐波、多次采样等方法造成信号重叠等问题。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0008]提升LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制框架和方法，控制方法包括以下步骤：
[0009]1)依据|插值预测u
PCC
‑
重复控制预测u
PCC
|最小值确定最优虚拟阻抗；
[0010]2)PCC电压减去进网电流与电网阻抗的乘积，得到电网电压；
[0011]3)滤波电容电压，减去电网电压，得到网侧电感和电网阻抗的电压，对该电压进网微分反馈，实现有源阻尼；
[0012]4)对电网电压分别采用比例前馈以及二次微分前馈，实现电网电压全前馈；
[0013]5)电流环控制器输出、电网电压全前馈输出与有源阻尼输出相加，送入PWM模块，控制逆变器功率器件通断。
[0014]所述步骤1)中，虚拟阻抗与实际电网阻抗相差较大或者电网阻抗发生突变时，系统稳定裕度会大幅降低，导致进网电流谐波、PCC电压谐波含量增加发生波动，|插值预测u
PCC
‑
重复控制预测u
PCC
|将增加，而当虚拟阻抗与电网阻抗接近时，系统稳定裕度将增加，进网电流谐波减少、PCC波动减轻，|插值预测u
PCC
‑
重复控制预测u
PCC
|将减少，因此通过更改虚拟阻抗，寻找|插值预测u
PCC
‑
重复控制预测u
PCC
|最小值可确定最优虚拟阻抗，消除电网阻抗的影响，实现自适应控制；
[0015]所述步骤2)中，在估算电网阻抗后，PCC电压减去进网电流与阻抗乘积后，可以得到电网电压，此时弱电网可以等效成一个富含背景谐波的强电网，对该电网进行全前馈，系统将保持稳定；
[0016]所述步骤3)中，滤波电容电压减去步骤2)中的电网电压，得到的是LCL滤波器网侧电感和电网阻抗上的电压，对该电压进行微分反馈，可实现有源阻尼。其中微分实现方法可采用“比例
‑
比例
‑
延迟”环节实现，该实现方法考虑了寄生参数，相比常规的后向差分等微分数字实现方法，能够降低对高次谐波的放大作用；
[0017]所述步骤4)中，在步骤3)的基础上实现电网电压全前馈，相比常规有源阻尼方法，能够简化全前馈支路，减少了一条微分环节支路，降低了电网背景谐波对进网电流的影响。此外，对于二次微分，采用前向差分和后向差分串联形式实现，可以保证相位增益始终为180
°
，满足高次谐波对相位增益的需求。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]1、本专利技术得到了一种在线确定最优虚拟阻抗的方法，该方法不会影响进网电流，同时也无需对采样的电压、电流信号进行傅里叶变换运算，降低了数字处理器负担；
[0020]2、本专利技术方法加入虚拟阻抗后，弱电网等效为含有背景谐波的强电网，解决了电网本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.提升LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制框架，其特征在于，所述框架为LCL型并网逆变器主控制回路、虚拟阻抗支路、电网电压全前馈支路以及网侧电感和电网阻抗电压微分反馈有源阻尼支路组成的控制系统；所述主控制回路由减法器(1)与电流环控制器(2)构成，控制进网电流跟踪参考电流；所述虚拟阻抗支路由虚拟阻抗模块(3)与减法器(4)构成，用于抑制电网阻抗对系统稳定性的影响；所述网侧电感和电网阻抗电压微分反馈有源阻尼支路由减法器(7)与微分模块(8)构成，用于抑制LCL滤波器谐振尖峰对系统的影响；所述电网电压全前馈支路由电网电压二次微分前馈模块(5)、比例前馈模块(6)构成，用于抑制电网背景谐波对进网电流的影响。2.根据权利要求1所述的提升LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制框架，其特征在于，参考电流、进网电流连接到所述减法器(1)的输入端，减法器(1)输出连接到电流环控制器(2)的输入端；进网电流连接到所述虚拟阻抗模块(3)的输入端，虚拟阻抗模块(3)输出连接到减法器(4)的输入端；公共耦合点电压连接到所述减法器(4)的输入端，所述减法器(4)输出分别连接到电网比例前馈项(5)、二次微分前馈项(6)以及减法器(7)的输入端；滤波电容电压连接到所述减法器(7)的输入端，所述减法器(7)输出连接到微分模块(8)的输入端；所述电流环控制器(2)、比例前馈项(6)、二次微分前馈项(5)以及微分模块(8)的输出连接加减法器(9)的输入端，加减法器(9)输出连接PWM模块(10)的输入端。3.根据权利要求1任意一项所述提升LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制框架，其特征在于，所述虚拟阻抗支路，可将PCC电压等效变为电网电压，用于消除电网阻抗对系统稳定性的影响。4.根据权利要求1所述提升LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制框架，其特征在于，基于所述网侧电感和电网阻抗上的电压微分反馈实现有源阻尼。5.根据权利要求1所述提升LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制框架，其特征在于，采用“比例
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比例
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延迟”实现微分环节。6.根据权利要求1所述提升LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制框架，其特征在于，所述电网电压全前馈支路的二次微分前馈支路中的二次微分环节由一个前向差分和后向差分构成，确保二次微分相位增益始终为180<...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖华锋，李明明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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