一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法，涉及电力电子技术系统的主回路设计技术领域，主要通过设计无源阻尼参数、确定PR控制器参数、确定临界电网阻抗值、设计有源阻尼参数等步骤，在设计有源阻尼参数的基于滤波器电流和电压反馈的有源阻尼参数设计时，采用根据闭环传递函数的特征方程设计闭环谐振极点阻尼系数，并采用迭代的扫描极点位置优化算法，使闭环谐振极点的阻尼系数最大化。且无源阻尼参数和有源阻尼参数均在电网阻抗最大的情况下进行设计，因此本发明专利技术给出了一种通用的阻尼参数设计方法，可保证系统的稳定性，同时具有广泛的适用性，可广泛适用于有源阻尼和无源阻尼的多种组合方式。阻尼和无源阻尼的多种组合方式。阻尼和无源阻尼的多种组合方式。

【技术实现步骤摘要】
一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法


[0001]本专利技术涉及电力电子技术系统的主回路设计
，特别涉及一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法。

技术介绍

[0002]并网逆变器是分布式发电技术中的重要构成部分，LCL滤波器是并网逆变器中的关键部分，用于滤除并网逆变器中的开关谐波，能够有效提升并网逆变器性能，但是其固有的谐振特性给逆变器的稳定性带来了巨大的挑战。现有抑制谐振的阻尼方案主要为有源阻尼和无源阻尼，在实际应用中，经常将两者混合使用。
[0003]设计合适的阻尼参数能够最大限度的发挥阻尼方案的性能，而现有的阻尼参数设计方案缺少通用性，在实际应用中受到限制。
[0004]基于此，提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法，可保证系统的稳定性，同时具有广泛的适用性，可广泛适用于有源阻尼和无源阻尼的多种组合方式。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法，包括如下步骤：
[0008](1)设计无源阻尼参数；
[0009](2)确定PR控制器参数；
[0010](3)确定临界电网阻抗值；
[0011](4)设计有源阻尼参数；
[0012]所述无源阻尼参数和有源阻尼参数均在电网阻抗最大的情况下进行设计；
[0013]其中步骤(4)设计有源阻尼参数中，包括基于滤波器电流反馈的有源阻尼参数设计、电压反馈的有源阻尼参数设计、以及基于陷波器的有源阻尼参数设计；
[0014]其中，基于滤波器电流反馈的有源阻尼参数设计和电压反馈的有源阻尼参数设计的方法为：根据闭环传递函数的特征方程设计闭环谐振极点阻尼系数，代入闭环传递函数的特征方程，得到新的特征方程，并采用迭代的扫描极点位置优化算法，使闭环谐振极点的阻尼系数最大化。
[0015]本专利技术提供了一种更优选方案，所述基于陷波器的有源阻尼参数设计的方法为：通过计算陷波深度需求并将陷波频率设置为谐振频率，从而获得零点和极点的阻尼系数。
[0016]本专利技术提供了一种优选方案，基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法还包括步骤(5)验证系统稳定性，通过判定原系统稳定裕度是否可接受，是则系统具备稳定性，否则返回步骤(2)重新设计阻尼参数。
[0017]与现有技术相比，上述技术方案具有以下有益技术效果：
[0018](1)本专利技术在简化模型的基础上，给出了一种通用的阻尼参数设计方法，该方法能
够适用于不同电压、功率等级和采用不同调制方法的并网逆变器。对于仅使用有源阻尼或者无源阻尼的系统，该设计方法仍然有效。这种设计方法在保证阻尼性能最大化的同时还能有效的减小阻尼损耗，具有较高的工业应用价值。
[0019](2)本专利技术一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法，有源阻尼的参数设计是在电网临界阻抗的情况下设计的，保证逆变器在电网阻抗可能的变化范围内都保证足够的稳定裕度，从而在广泛适用于有源阻尼和无源阻尼的多种组合方式时，仍可保证系统的稳定性。
附图说明
[0020]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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术一种具体实施方式所提供的一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法中设计无源阻尼(并联阻尼)参数的阻尼电容参数设计步骤图；
[0022]图2为本专利技术一种具体实施方式所提供的一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法中基于阻尼系数的极点位置扫描算法分析图；
[0023]图3为本专利技术一种具体实施方式所提供的一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法的设计步骤流程图。
[0024]图4为本专利技术一种具体实施方式所提供的一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法中不同阻尼电阻的情况下品质因数和阻尼损耗相对于滤波电容和阻尼电容之比的变化趋势图；
[0025]图5为本专利技术一种具体实施方式所提供的一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法中电网阻抗逐渐增大时开环増益谐振峰值与谐振频率附近增益裕度的变化趋势。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]本实施例的一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法，主要通过设计无源阻尼参数、确定PR控制器参数、确定临界电网阻抗值、设计有源阻尼参数、以及验证系统稳定性5个步骤实现。现对这5个步骤进行具体展开说明：
[0028](1)设计无源阻尼参数。请参考图1，具体步骤如下：
[0029](11)确定高阶滤波器的陷波支路数以及每一条支路的LC谐振频率，通过等效电路法将高阶滤波器化简成LCL滤波器；
[0030](12)计算等效电路中每条支路等效电容量C
j
；
[0031](13)计算阻尼支路电容C
d
和滤波电容C
f
的比值a
c
对谐振点的品质因数和阻尼损耗的影响；
[0032](14)根据品质因数和阻尼损耗相对于比值a
c
的变化趋势，在损耗允许的范围内找到a
c
的阀值a
thres
；请参考图4，阀值a
thres
是品质因数趋于平稳且阻尼损耗最小的a
c
值。
[0033](15)根据已经配置的电容容量来确定阻尼支路电容C
d
的值；同时，为了保证系统的稳定裕度足够，不管是使用无源阻尼和混合阻尼方案，阻尼电阻的参数都应该在电网阻抗最大的情况下进行设计。
[0034](16)配置阻尼电阻R
d
，使RC阻尼支路的谐振频率处在阻尼阻抗呈阻性的频率范围内，使RC阻尼支路达到预期效果。阻尼电阻R
d
的最大值由阻尼损耗决定，需要尽量取小减小损耗。
[0035](2)确定PR控制器(电流控制器)参数。
[0036](21)根据逆变器的开环模型计算出穿越频率ω
c
处的相角；
[0037](22)计算出相位裕度；
[0038](23)相位裕度确定后计算系统最大穿越频率ω
c_max
；
[0039](24)利用系统开环増益在ω
c_max
时等于1的关系来求得对应的控制器増益K
p
；
[0040](25)根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)设计无源阻尼参数；(2)确定PR控制器参数；(3)确定临界电网阻抗值；(4)设计有源阻尼参数；所述无源阻尼参数和有源阻尼参数均在电网阻抗最大的情况下进行设计；其中步骤(4)设计有源阻尼参数中，包括基于滤波器电流反馈的有源阻尼参数设计、电压反馈的有源阻尼参数设计、以及基于陷波器的有源阻尼参数设计；其中，基于滤波器电流反馈的有源阻尼参数设计和电压反馈的有源阻尼参数设计的方法为：根据闭环传递函数的特征方程设计闭环谐振极点阻尼系数，代入闭环传递函数的特征方程，得到新的特征方程，并采用迭代的扫描极点位置优化算法，使闭环谐振极点的阻尼系数最大化。2.根据权利要求1所述的基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法，其特征在于，所述步骤(1)设计无源阻尼参数，具体包括如下：(11)通过等效电路法将高阶滤波器化简成LCL滤波器；(12)计算等效电路中每条支路等效电容量C
j
；(13)计算阻尼支路电容C
d
和滤波电容C
f
的比值a
c
对谐振点的品质因数和阻尼损耗的影响；(14)根据品质因数和阻尼损耗的关系，在损耗允许的范围内找到a
c
的阀值a
thres
；(15)根据已经配置的电容容量来确定阻尼电容C
d
的值；(16)配置阻尼电阻R
d
，使阻尼支路的谐振频率处在阻尼阻抗呈阻性的频率范围内。3.根据权利要求1所述的基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法，其特征在于，所述步骤(2)确定PR控制器，具体包括如下：(21)根据逆变器的开环模型计算出穿越频率ω
c
处的相角；(22)计算出相角相位裕度；(23)相位裕度确定后计算系统最大穿越频率ω
c_max
；(24)利用系统开环増益在ω
c_max
时等于1的关系来求得对应的控制器増益K
p
；(25)根据tan
‑1(ω
c
K
p
/K
r
)≈π/2计算得到PR控制器的谐振增益K
r
。4.根据权利要求1所述的基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法，其特征在于，所述步骤(3)确定临界电网阻抗值，具体包括如下：根据电网阻抗变化时开环增益谐振峰值与谐振频率附近增益裕度的变化趋势，当使用网侧电流反馈时，谐振频率附近的稳定裕度随着谐振峰值的增大而逐渐减小，而后又随着谐振峰值的减小而逐渐增大，由此计算出临界电网阻抗值L
cri
。5.根据权利要求1所述的基于极点位置优化的混合阻尼参数设计方法，其特征在于，所述基于滤波器电流反馈的有源阻尼参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶杰，张智雄，罗欣，唐其鹏，沈安文，徐金榜，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：