一种并网逆变器控制方法及控制系统、自抗扰控制器技术方案

本发明专利技术公开了一种并网逆变器控制方法及控制系统、自抗扰控制器，在比例多谐振控制的基础上结合自抗扰技术，进一步提高了各谐振频率点的幅值，增强了对各次电网谐波的抑制效果；而面对电网频率的波动，利用自抗扰技术中的扩张状态观测器，实现了对电网频率变化所产生的扰动进行实时检测的功能，并通过扰动前馈快速消除其带来的不利影响，从而弥补了控制器在电网频率波动时谐波抑制效果减弱的影响。在电网频率波动时谐波抑制效果减弱的影响。在电网频率波动时谐波抑制效果减弱的影响。

A control method, control system and auto disturbance rejection controller for grid connected inverter

【技术实现步骤摘要】
一种并网逆变器控制方法及控制系统、自抗扰控制器


[0001]本专利技术涉及电力电子领域，特别是一种并网逆变器控制方法及控制系统、自抗扰控制器。

技术介绍

[0002]并网逆变器作为可再生能源发电的核心部件，若逆变器并网点处电网存在大量背景谐波，将极易导致并网失败。因此，对抑制电网背景谐波的并网逆变器控制策略进行研究，具有十分重要的意义。
[0003]传统的抑制电网谐波的并网逆变器控制策略主要有两种，一种是采用比例多谐振控制方式，另一种是采用电网电压前馈的控制方式。前者通过设计多个谐振点参数，达到对电网低次谐波的抑制作用，然而，其抑制效果不仅依赖于对逆变器模型的准确建模，而且其动态性能差，且在电网存在谐波时对给定信号的稳态跟踪精度低。后者依靠对电网电压前馈，实现对谐波的抑制功能，但是其前馈环节的设计与电网阻抗相关，当电网阻抗发生波动后，其谐波抑制效果变差，且存在使电网发生失稳的风险，尽管有学者对此进行了技术改善，但也增加了前馈环节的设计难度，效果也并没有获得显著提高。
[0004]CN108493937B所采用的谐波抑制方案，严重依赖于前置滤波器锁相环、二阶巴特沃斯滤波器以及延时补偿器的参数设计效果，大大提高了控制系统的设计难度，更重要的是，当电网频率发生波动时，其对基波分量及谐波分量的提取将会变得不准确，从而导致各部分数据计算结果与实际情况产生偏差，无法实现预期的控制目标，降低对电网背景谐波的抑制效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种并网逆变器控制方法及控制系统、自抗扰控制器，提高对电网谐波的抑制效果，降低控制系统设计难度。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种并网逆变器控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将并网逆变器的并网电流i
d
、i
q
分别对应与电流参考值i
dref
、i
qref
做差，得到Δi
d
、Δi
q
，将Δi
d
、Δi
q
作为比例多谐振控制环节的输入，得到比例多谐振环节的输出信号v
d0
、v
q0
；
[0008]S2、将比例多谐振环节的输出信号v
d0
、v
q0
以及并网逆变器的输出电流信号i
d
、i
q
送入到自抗扰控制环节，经自抗扰控制环节运算后，得到其输出信号v
d
、v
q
，v
d
、v
q
分别是d、q轴的调制信号m
d
和m
q
，d、q轴的调制信号m
d
和m
q
经Park逆变换，得到静止坐标系下SPWM调制波信号m
a
、m
b
、m
c
；
[0009]S3、对SPWM调制波信号m
a
、m
b
、m
c
和三角载波进行双极性调制，得到并网逆变器开关管的占空比信号，经逆变器的驱动保护电路，控制开关管的开通与关断。
[0010]本专利技术在比例多谐振控制的基础上引入自抗扰技术，提高了各谐振频率点的幅
值，增强了对各次电网谐波的抑制效果。自抗扰控制技术的引入，使得本专利技术的控制策略具有很强的鲁棒性和抗扰能力，无需利用相位补偿技术就能够实现提高系统稳定性的目的，从而避免了计算相位补偿角而进行的繁琐过程，降低了控制系统设计难度。
[0011]步骤S1中，电流参考值i
dref
、i
qref
的计算过程包括：
[0012]1)在每个采样周期的起始点，对并网逆变器直流侧电压U
dc
进行采样；
[0013]2)将采集得到并网逆变器直流侧电压U
dc
与参考值U
dc_ref
做差得到ΔU，ΔU经过电压外环控制器产生电流内环d轴电流i
d
的参考值i
dref
，q轴电流的参考值i
qref
设置为0。
[0014]本专利技术所述电流参考值i
dref
、i
qref
与并网电流i
d
、i
q
之间的关系为：其中，s为拉氏变换中的微分算子，K
p
为自抗扰控制器比例系数，G
MPR
为比例多谐振控制环节传递函数，K
pr
为比例多谐振控制的比例系数，K
rr
为谐振点增益系数，ω
cr
为谐振点增益带宽，ω
j
为第j次谐振角频率。
[0015]本专利技术所采用的比例多谐振控制环节中的谐振控制器参数：各次谐振环节的谐振点增益系数K
rr
相同，各次谐振环节的谐振点增益带宽ω
cr
相同。本专利技术中，谐振点增益系数K
rr
和谐振点增益带宽ω
cr
，均按照第11次电网谐波的技术指标来设计，从而大大降低了设计复杂度。
[0016]当存在扰动信号时，步骤S1中，并网电流i
d
、i
q
通过如下公式确定：
[0017][0018]其中，f
d
、f
q
分别为控制系统d轴的输入扰动信号以及q轴的输入扰动信号，G
MPR
为比例多谐振控制环节传递函数，K
pr
为比例多谐振控制的比例系数，K
rr
为谐振点增益系数，ω
cr
为谐振点增益带宽，ω
j
为第j次谐振角频率，ω0为自抗扰控制器的扩张状态观测器带宽。
[0019]本专利技术面对电网频率波动导致谐波抑制效果降低的问题，通过自抗扰控制环节中的扩张状态观测器，实现了对电网频率波动造成的扰动进行实时检测的功能，并通过扰动前馈消除其产生的不利影响，从而确保在电网频率波动时，本专利技术的控制方法依旧具有很好的抑制效果。本专利技术所提供的抑制电网背景谐波的方法，无需对并网电压的基波分量及谐波分量进行提取，从而避免了因电网频率波动导致数据提取不准确问题，确保了本专利技术在电网频率波动的情况下依旧对电网谐波具有很强的抑制效果。
[0020]本专利技术中，v
d
和v
q
的计算过程包括：将比例多谐振环节的输出信号v
d0
经过比例系数K
p
放大后，与d轴扰动信号f
d
观测值z2做差，差值除以b0，得到自抗扰控制环节的d轴输出信号v
d
；将比例多谐振环节的输出信号v
q0
经过比例系数K
p
放大后，与q轴扰动信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种并网逆变器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将并网逆变器的并网电流i
d
、i
q
分别对应与电流参考值i
dref
、i
qref
做差，得到Δi
d
、Δi
q
，将Δi
d
、Δi
q
作为比例多谐振控制环节的输入，得到比例多谐振环节的输出信号v
d0
、v
q0
；S2、将比例多谐振环节的输出信号v
d0
、v
q0
以及并网逆变器的输出电流信号i
d
、i
q
送入自抗扰控制环节，得到自抗扰控制环节的输出信号v
d
和v
q
，v
d
和v
q
分别为d、q轴的调制信号m
d
和m
q
，将d、q轴的调制信号m
d
和m
q
经Park逆变换，得到静止坐标系下SPWM调制波信号m
a
、m
b
、m
c
；S3、对SPWM调制波信号m
a
、m
b
、m
c
和三角载波进行双极性调制，得到并网逆变器开关管的占空比信号，经并网逆变器的驱动保护电路控制开关管的开通与关断。2.根据权利要求1所述的并网逆变器控制方法，其特征在于，步骤S1中，电流参考值i
dref
、i
qref
的计算过程包括：1)在每个采样周期的起始点，对并网逆变器直流侧电压U
dc
进行采样；2)将采样得到并网逆变器直流侧电压U
dc
与参考值U
dc_ref
做差得到ΔU，ΔU经过电压外环控制器，产生电流内环d轴电流i
d
的参考值i
dref
，q轴电流的参考值i
qref
设置为0；其中，电压外环控制器传递函数为K
vp
和K
vi
分别表示电压外环控制器的比例系数和积分系数。3.根据权利要求2所述的并网逆变器控制方法，其特征在于，所述电流参考值i
dref
、i
qref
与并网电流i
d
、i
q
之间的关系为：之间的关系为：其中，s为拉氏变换中的微分算子，K
p
为自抗扰控制器比例系数，G
MPR
为比例多谐振控制环节传递函数，K
pr
为比例多谐振控制的比例系数，K
rr
为谐振点增益系数，ω
cr
为谐振点增益带宽，ω
j
为第j次谐振角频率。4.根据权利要求3所述的并网逆变器控制方法，其特征在于，各次谐振环节的谐振点增益系数K
rr
相同，各次谐振环节的谐振点增益带宽ω
cr
相同。5.根据权利要求1所述的并网逆变器控制方法，其特征在于，当并网逆变器受到电网背景谐波或电网电压跌落扰动时，步骤S1中，并网电流的输出电流信号i
d
、i
q
与扰动信号f
d
、f
q
存在以下关系：其中，f
d
、f
q
分别为并网逆变器d轴输入的扰动信号以及q轴输入的扰动信号，G
MPR
为比例多谐振控制环节传递函数，K
pr
为比例多谐振控制的比例系数，K
rr
为谐振点增益系数，ω
cr
为谐振点增益带宽，ω
j
为第j次谐振角频率，ω0为自抗扰控制器的扩张状态观测器带宽。6.根据权利要求1～5之一所述的并网逆变器控制方法，其特征在于，步骤S2中，v
d
和v
q
的计算过程包括：将比例多谐振环节的输出信号v
d0
经过比例系数K

【专利技术属性】
技术研发人员：陈燕东，段茜月，徐元璨，伍文华，曹世骧，郭健，王自力，谢志为，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：