一种基于虚拟阻抗的单相并网逆变器前馈控制方法技术

本发明专利技术涉及光伏逆变器技术领域，尤其涉及一种基于虚拟阻抗的单相并网逆变器前馈控制方法，针对具有系统延时下的LCL型单相并网逆变器接入弱电网后电网电压背景谐波的影响以及滤波器谐振带来的影响，建立单相LCL型并网逆变器的数学模型，构建基于虚拟阻抗的单相并网逆变器前馈控制策略。通过减少传感器的使用数量来减少系统成本，且因该系统外环采用的是直接电流控制，保留了电网电流跟踪性能良好、并网功率因数高的优点。引入完全电压前馈控制后，逆变器对电网电压中的谐波具有很好的抑制作用，提升了抗干扰能力，在电网电压中含有谐波的场合，具有前馈控制的方案要更优于无前馈控制的方案。控制的方案。控制的方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟阻抗的单相并网逆变器前馈控制方法


[0001]本专利技术涉及光伏逆变器
，尤其涉及一种基于虚拟阻抗的单相并网逆变器前馈控制方法。

技术介绍

[0002]分布式发电的不断发展离不开逆变器并网技术的不断提升，为了能够使得逆变器并网电流的谐波含量符合并网标准，其需要与相应的滤波器配套使用。目前与逆变器配套使用的滤波器主要是L型、L型和LC型这三种比较多，L型和LC型结构相对比较简单，一般用于并网功率比较小的场合和离网的工作模式下。而LCL型与其他类型的滤波器相比，它的综合滤波能力相对更好，因此，它在输出功率较大的场合中使用的更为普遍，但是其自身固有的谐振频率会导致逆变器系统存在谐振的风险，LCL型并网逆变器的谐振问题从产生的原因上主要可以分为逆变器自身固有谐振、弱电网阻抗引起的谐振，导致LCL型并网逆变器的抗干扰能力较差。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于虚拟阻抗的单相并网逆变器前馈控制方法，以解决LCL型逆变器存在谐振风险，导致抗干扰能力较差的问题。
[0004]基于上述目的，本专利技术提供了一种基于虚拟阻抗的单相并网逆变器前馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0005]S1、建立并网逆变器的数学模型，并建立LCL型单相并网逆变器仿真模型；
[0006]S2、选取并网电流i2作为被控对象，得到LCL型单相并网逆变器采用虚拟阻抗作为有源阻尼的系统传递函数；
[0007]S3、增加延时补偿器抵消系统延时的影响；
>[0008]S4、在系统延时得到补偿后，将串联补偿器的延时环节看作一个增益为1的比例环节，并将从并网电流i2引出的有源阻尼的反馈节点后移，得到简化后的并网逆变器传递函数模型；
[0009]S5、从简化后的并网逆变器传递函数模型推导出引入有源阻尼后从逆变器输出电压U
inv
到并网电流i2的等效传递函数G
ieq
；
[0010]S6、在LCL滤波器的电容两侧并联虚拟阻抗R
v
得到更新后的等效传递函数G
ieq
，联立更新前后的等效传递函数G
ieq
，得到有源阻尼控制器G
ad
的传递函数；
[0011]S7、基于得到有源阻尼控制器G
ad
的传递函数对简化后的并网逆变器传递函数模型进行解耦；
[0012]S8、增加一条前馈回路对电网电压进行补偿来消除可能携带电网扰动的V
pcc
对逆变器输出电流的负面作用，通过串联二阶低通滤波器在低频段实现对二次微分项的等效替代；
[0013]S9、由增加了前馈回路的系统控制模型得出前馈控制器G
fd
的表达式；
[0014]S10、采用准谐振控制器对并网电流进行控制，实现对电网工频信号的无静差跟踪；
[0015]S11、将准谐振控制器的传递函数带入步骤S3得到的简化后的并网逆变器传递函数模型，得到逆变器系统的整体开环传递函数。
[0016]优选地，逆变器采用虚拟阻抗作为有源阻尼的系统传递函数中，LCL滤波器模块G
i
的传递函数为：
[0017][0018]其中，G
i
为LCL滤波器模块，u
inv
表示进入LCL部分之前的逆变器输出电压，L1表示逆变器侧滤波电感、C表示LCL滤波器中的滤波电容、L2表示电网侧滤波电感，s是频域表示，ω
r
为LCL滤波器的谐振频率，其表达式为
[0019][0020]优选地，增加延时补偿器抵消系统延时的影响包括：
[0021]采用基于等面积法的延时补偿器抵消系统延时的影响，其传递函数为
[0022][0023]优选地，引入有源阻尼后从逆变器输出电压U
inv
到并网电流i2的等效传递函数G
ieq
的表达式为
[0024][0025]其中G
ad
为有源阻尼控制器。
[0026]优选地，步骤S6中，更新后的等效传递函数G
ieq
的表达式为
[0027][0028]其中，R
v
为并联在滤波电容两端的虚拟阻抗的阻值；
[0029]有源阻尼控制器G
ad
的传递函数为
[0030][0031]其中，k
PWM
为全桥逆变电路的等效模型。
[0032]优选地，对简化后的并网逆变器传递函数模型进行解耦的过程包括：
[0033]S71、对简化后的并网逆变器传递函数模型中LCL滤波器系统的两个反馈回路进行等效变换，分别使它们的反馈信号引出点和信号反馈点前移，得到LCL滤波器系统反馈回路前移变换后的控制模型；
[0034]S72、将控制模型的内环作为前向通路G为反馈通路H为的负反馈回路，用公式对其进行化简，同时将从i2引出的反馈信号相加并后移其反馈点得到等效变
换模型；
[0035]S73、对V
pcc
两侧分别化简，将V
pcc
输入侧化简为G
x1
，输出侧化简为G
x2
，其中
[0036]优选地，步骤S8中，串联二阶低通滤波器的二次微分环节的传递函数为
[0037][0038]其中，ω
s
为转折频率，ξ为阻尼系数；
[0039]步骤S9中，前馈控制器G
fd
的表达式为
[0040][0041]优选地，准谐振控制器的传递函数为：
[0042][0043]其中ω0为谐振角频率，ω
c
为谐振带宽，k
p
表示准谐振控制器的比例系数，k
r
表示基波谐振项的积分增益。
[0044]优选地，逆变器系统的整体开环传递函数为
[0045][0046]优选地，LCL型单相并网逆变器仿真模型中，各参数取值为：
[0047]L1＝3.3mH，C＝15μF，L2＝1mH。
[0048]本专利技术的有益效果：本专利技术针对具有系统延时下的LCL型单相并网逆变器接入弱电网后电网电压背景谐波的影响以及滤波器谐振带来的影响，建立单相LCL型并网逆变器的数学模型，构建基于虚拟阻抗的单相并网逆变器前馈控制策略。通过减少传感器的使用数量来减少系统成本，且因该系统外环采用的是直接电流控制，保留了电网电流跟踪性能良好、并网功率因数高的优点。引入完全电压前馈控制后，逆变器对电网电压中的谐波具有很好的抑制作用，提升了抗干扰能力，在电网电压中含有谐波的场合，具有前馈控制的方案要更优于无前馈控制的方案。
附图说明
[0049]为了更清楚地说明本专利技术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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟阻抗的单相并网逆变器前馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立并网逆变器的数学模型，并建立LCL型单相并网逆变器仿真模型；S2、选取并网电流i2作为被控对象，得到LCL型单相并网逆变器采用虚拟阻抗作为有源阻尼的系统传递函数；S3、增加延时补偿器抵消系统延时的影响；S4、在系统延时得到补偿后，将串联补偿器的延时环节看作一个增益为1的比例环节，并将从并网电流i2引出的有源阻尼的反馈节点后移，得到简化后的并网逆变器传递函数模型；S5、从简化后的并网逆变器传递函数模型推导出引入有源阻尼后从逆变器输出电压U
inv
到并网电流i2的等效传递函数G
ieq
；S6、在LCL滤波器的电容两侧并联虚拟阻抗R
v
得到更新后的等效传递函数G
ieq
，联立更新前后的等效传递函数G
ieq
，得到有源阻尼控制器G
ad
的传递函数；S7、基于得到有源阻尼控制器G
ad
的传递函数对简化后的并网逆变器传递函数模型进行解耦；S8、增加一条前馈回路对电网电压进行补偿来消除可能携带电网扰动的V
pcc
对逆变器输出电流的负面作用，通过串联二阶低通滤波器在低频段实现对二次微分项的等效替代；S9、由增加了前馈回路的系统控制模型得出前馈控制器G
fd
的表达式；S10、采用准谐振控制器对并网电流进行控制，实现对电网工频信号的无静差跟踪；S11、将准谐振控制器的传递函数带入步骤S3得到的简化后的并网逆变器传递函数模型，得到逆变器系统的整体开环传递函数。2.根据权利要求1所述的基于虚拟阻抗的单相并网逆变器前馈控制方法，其特征在于，逆变器采用虚拟阻抗作为有源阻尼的系统传递函数中，LCL滤波器模块G
i
的传递函数为：其中，G
i
为LCL滤波器模块，u
inv
表示进入LCL部分之前的逆变器输出电压，L1表示逆变器侧滤波电感、C表示LCL滤波器中的滤波电容、L2表示电网侧滤波电感，s是频域表示，ω
r
为LCL滤波器的谐振频率，其表达式为3.根据权利要求2所述的基于虚拟阻抗的单相并网逆变器前馈控制方法，其特征在于，增加延时补偿器抵消系统延时的影响包括：采用基于等面积法的延时补偿器抵消系统延时的影响，其传递函数为4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，陈彦斌，葛愿，陈乐然，崔椿洪，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：