基于PLL环节参数调整的逆变器稳定性优化控制方法技术

本发明专利技术公开了基于PLL环节参数调整的逆变器稳定性优化控制方法。首先将逆变器、电网阻抗网络等以端口特性的耦合干扰形式引入锁相环，建立锁相环及其耦合干扰的同步动态数学表达式；其次，根据PLL在系统中的耦合关系，确定逆变器的动态控制方程。然后，基于PLL主导回路，通过方程穿越频率处的相位裕度对系统稳定性进行判定；最后，通过在PLL中增加串联的传递函数H(s)来改变PLL的回路特性，针对不同控制模式时的PLL的控制优化方法进行参数设计；本发明专利技术能够明确揭示相序中不同频率之间的动态耦合，可以更为直观地研究基于PLL结构并网逆变器的导纳特性，并在此基础上进一步提出锁相环的优化控制方法来提高弱电网情况下PLL同步控制的稳定性。控制的稳定性。控制的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于PLL环节参数调整的逆变器稳定性优化控制方法


[0001]本专利技术属于逆变器稳定性优化控制
，具体涉及基于PLL环节参数调整的逆变器稳定性优化控制方法。

技术介绍

[0002]并网逆变器是新能源装置与电网之间的关键接口设备,随着新能源发电技术的快速发展和电力电子设备的广泛应用,大规模多样化的并网逆变器接入传统电力系统,电力系统呈现出明显的电力电子化趋势。与传统电力系统发电设备不同,逆变器装置惯性小、响应速度快,接入传统电力系统后产生复杂的稳定性问题。
[0003]传统阻抗分析模型不能明确揭示相序中不同频率之间的动态耦合，PLL与电流环的强耦合所带来的负阻尼特性使得并网系统会存在小干扰同步失稳的问题，不同的参数设计和控制回路的影响也可能会带来如低频振荡、次同步振荡等的在较宽频域的振荡，威胁系统稳定运行。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出基于PLL环节参数调整的逆变器稳定性优化控制方法。
[0005]为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：基于PLL环节参数调整的逆变器稳定性控制优化方法，包括如下步骤：
[0006]1)将逆变器、电网阻抗网络等以端口特性的耦合干扰形式引入锁相环，建立锁相环及其耦合干扰的同步动态数学表达式；
[0007]2)根据PLL在系统中的耦合关系，确定逆变器的动态控制方程；
[0008]3)基于PLL主导回路，通过方程穿越频率处的相位裕度对系统稳定性进行判定；
[0009]4)通过在PLL中增加串联的传递函数H(s)来改变PLL的回路特性，针对逆变器不同控制模式时的PLL的控制优化方法进行参数设计。
[0010]步骤1)中，首先把PLL作为主导回路进行建模，然后将其余控制回路引入，最后将逆变器、电网阻抗网络等以端口特性的耦合干扰形式引入锁相环；
[0011]所述的锁相环及其耦合干扰的同步动态数学表达式是在dq坐标系中利用复传递函数和空间矢量进行频域建模而得到单机并网系统的动态方程，其为
[0012][0013][0014][0015]其中L
F
和C
F
是滤波器的逆变器侧电感和电容，L
g
是网侧电感(网侧电感和线路电感合并简化分析)，R
g
是网侧电阻，是逆变器电压矢量，是电容电压矢量，是网侧电流矢量，是逆变器侧电流矢量，ω是控制系统旋转坐标系
的转动角频率，是dq轴控制器的电网电压矢量(U
*
是电网电压幅值，δ是控制器dq坐标的d轴与U
*
间的夹角)。
[0016]步骤2)中体现PLL耦合关系的逆变器动态控制方程分为对电流内环输出电压的控制及对逆变器输出的无功控制，
[0017]其中电流内环决定了逆变器的输出电压，其动态方程为：
[0018][0019]式中，f
C
‑
PI
(s)＝K
C
‑
P
+K
C
‑
I
/s是电流控制环中PI调节器的传函，是功率控制环提供的电流参考矢量，f
UF
(s)＝K
UF
/(T
UF
s+1)表示电压前馈中的一阶滤波器传函。
[0020]所述逆变器的无功控制包括PQ控制、PV控制或下垂控制三种不同无功控制，上述三种控制方式采用一个统一的无功控制方程加以实现，方程如下：
[0021]I
qr
＝f
Q
‑
PI
(s)
×
[k
Q
(Q
o
‑
Q
r
)
‑
k
QU
(U
co
‑
U
cd
)][0022](16)
[0023]式中，f
Q
‑
PI
(s)＝K
Q
‑
P
+K
Q
‑
I
/s是无功功率控制环中PI调节器的传函，k
Q
是无功系数，k
QU
是下垂系数，Q
o
是无功功率，Q
r
是无功功率参考值，U
cd
是电容电压幅值，U
co
是电容电压幅值参考值。
[0024]当设置k
Q
＝1和k
QU
＝0时，该控制环等效于PQ控制中的定无功功率控制；当设置k
Q
＝0和k
QU
≠0时，该控制环等效于PV控制中的定交流电压控制；当设置k
Q
＝1和k
QU
≠0时，则该无功功率控制环可以实现基于下垂控制的无功
‑
电压控制。
[0025]步骤3)中系统稳定性的判据方法为：
[0026]当且仅当1/f
PLL
(s)方程和f
δ
(s)方程在1/f
PLL
(s)和f
δ
(s)幅值相等处，即在系统的开环传递函数L(s)的增益穿越频率处的相位差小于180
°
时，逆变器系统稳定，否则不稳定；
[0027]其中f
PLL
(s)是基于PLL传函方程，f
δ
(s)是角度输入后形成的电压输出方程，L(s)＝f
δ
(s)
×
f
PLL
(s)。
[0028]步骤4)中在PLL中增加串联的传递函数H(s)后的PLL的动态方程为：
[0029][0030]式中，f
L
‑
PI
(s)＝K
L
‑
P
+K
L
‑
I
/s是PLL中PI调节器的传递函数，θ是PLL的输出相位，ω是PLL的角频率。
[0031]步骤4)中当逆变器采用PQ控制时，加入一个超前滞后环节从而改变1/f
PLL
(s)方程的相位特性，则H(s)如下：
[0032][0033]上式中T
F
和T
B
分别为超前时间常数和滞后时间常数。
[0034]由此可以提供的最大相位滞后如下：
[0035][0036]同时可得此时的相位滞后频率点为：
[0037][0038]当逆变器采用PV控制或者下垂控制时PLL的控制优化方法为：
[0039]加入一个二阶陷波器提高1/f
PLL
(s)方程在谐振频率处的幅值，此时H(s)如下：
[0040][0041]式中，ε1和ε2为两个阻尼比常数，ω
L
为陷波频率，为了提高1/f
PLL
(s)方程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于PLL环节参数调整的逆变器稳定性控制优化方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将逆变器、电网阻抗网络等以端口特性的耦合干扰形式引入锁相环，建立锁相环及其耦合干扰的同步动态数学表达式；2)根据PLL在系统中的耦合关系，确定逆变器的动态控制方程；3)基于PLL主导回路，通过方程穿越频率处的相位裕度对系统稳定性进行判定；4)通过在PLL中增加串联的传递函数H(s)来改变PLL的回路特性，针对逆变器不同控制模式时的PLL的控制优化方法进行参数设计。2.根据权利要求1所述的基于PLL环节参数调整的逆变器稳定性控制优化方法，其特征在于：步骤1)中，首先把PLL作为主导回路进行建模，然后将其余控制回路引入，最后将逆变器、电网阻抗网络等以端口特性的耦合干扰形式引入锁相环；所述的锁相环及其耦合干扰的同步动态数学表达式是在dq坐标系中利用复传递函数和空间矢量进行频域建模而得到单机并网系统的动态方程，其为和空间矢量进行频域建模而得到单机并网系统的动态方程，其为和空间矢量进行频域建模而得到单机并网系统的动态方程，其为其中L
F
和C
F
是滤波器的逆变器侧电感和电容，L
g
是网侧电感(网侧电感和线路电感合并简化分析)，R
g
是网侧电阻，是逆变器电压矢量，是电容电压矢量，是网侧电流矢量，是逆变器侧电流矢量，ω是控制系统旋转坐标系的转动角频率，是dq轴控制器的电网电压矢量(U
*
是电网电压幅值，δ是控制器dq坐标的d轴与U
*
间的夹角)。3.根据权利要求1所述的基于PLL环节参数调整的逆变器稳定性控制优化方法，其特征在于，步骤2)中体现PLL耦合关系的逆变器动态控制方程分为对电流内环输出电压的控制及对逆变器输出的无功控制，其中电流内环决定了逆变器的输出电压，其动态方程为：式中，f
C
‑
PI
(s)＝K
C
‑
P
+K
C
‑
I
/s是电流控制环中PI调节器的传函，是功率控制环提供的电流参考矢量，f
UF
(s)＝K
UF
/(T
UF
s+1)表示电压前馈中的一阶滤波器传函；所述逆变器的无功控制包括PQ控制、PV控制或下垂控制三种不同无功控制，上述三种控制方式采用一个统一的无功控制方程加以实现，方程如下：I
qr
＝f
Q
‑
PI
(s)
×
[k
Q
(Q
O
‑
Q
r
)
‑
k
QU
(U
CO
‑
U
Cd
)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中，f
Q
‑
PI
(s)＝K
Q
‑
P
+K
Q
‑
I
/sf
Q
‑
PI
(s)＝K
Q
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀茹，史春晖，赵航宇，张侔，丁园，赵宇，司双，徐静，陈建建，石聪聪，鲍诗杰，庄海璐，马晓涵，曹萌萌，葛蕾，潘楠，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司，
类型：发明
国别省市：