基于SOGI-CPT的并网逆变器无锁相环控制方法技术

本发明专利技术公开了基于SOGI

【技术实现步骤摘要】
基于SOGI
‑
CPT的并网逆变器无锁相环控制方法


[0001]本专利技术涉及并网逆变器
，更具体地说是涉及一种基于二阶广义积分(Second
‑
Order Generalized Integrator,SOGI)的守恒功率理论(Conservative Power Theory,CPT)(SOGI
‑
CPT)的并网逆变器无锁相环控制方法。

技术介绍

[0002]随着可再生能源发电技术的快速发展，并网逆变器作为可再生能源与电网之间的接口得到广泛应用。然而可再生能源按能源类型有不同的分布，有的位于配电网主节点表现为强电网特性，有的位于配电网末梢表现为弱电网特性，同时通过短路比(short circuit ratio，SCR)对电网的强、弱程度进行区分；通常认为SCR值介于2～3时的电网为弱电网，SCR值小于2时的电网为极弱电网。由于电网阻抗的存在使得逆变器与电网之间形成一个动态互联系统，对并网逆变器的多工况稳定运行能力提出了挑战。
[0003]目前，锁相环是一种常用的电网电压相角提取方法，采用锁相环可使逆变器输出电压频率与电网同步并实现电网相位跟踪。然而，现有研究表明，在逆变器连接到弱电网或者并网电压不平衡甚至畸变时，基于锁相环的同步策略可能会带来逆变器并网系统稳定性问题，特别是在极弱电网下，带来的稳定性问题尤为明显。
[0004]为了解决这一问题，国内外学者在改进锁相环结构的控制方法和无锁相环结构的控制方法上分别进行了研究。其中，改进锁相环结构的控制方法主要在三个方向，第一个方向是在电流控制回路中引入额外的前馈或反馈项如输出阻抗重塑和小信号干扰补偿控制，但这会增加电流控制回路的不稳定问题；第二个方向是根据引入复数相角矢量概念修改PLL，以消除传统锁相环引起的频率耦合项，而现有参数调整方法还是很难保证连接到高阻抗的弱网条件下逆变器的稳定性；第三个方向是引入负反馈环来补偿正反馈环，这个方向仍然增加了系统的复杂性，对于高阻抗电网的适应性也在SCR＝2以上。
[0005]因此，近年来国内文献提出无锁相环控制方法，大多是基于瞬时无功功率理论的无锁相环的直接功率和直接电流控制方法，并通过正序基波分量提取算法计算并网电流参考值，从而提高弱网下并网逆变器系统的稳定性和可靠性。比如：在期刊《电机与控制学报》2022年，第26卷第3期，第127至136页中刊登的"弱电网下无锁相环的并网逆变器无源控制策略"一文中，作者提出了一种直接功率控制理论推导出的矢量电流控制的无锁相环的控制策略。这种直接功率理论得到的无锁相环控制方式，可以代替锁相环进行锁相，系统稳定性得到提升，但是仍无法避免繁琐的坐标变换和参数设计的问题。最新的国外文献不仅取消了锁相环结构也取消了并网点电压传感器，通过模型预测控制实现逆变器与电网的频率同步与相位跟踪。比如在期刊IEEE Transactions on Power Electronics,第1至14页中刊登的“A PLL
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less Voltage Sensor
‑
less Direct Deadbeat Control for a SiC Grid
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Tied Inverter with LVRT Capability under Wide
‑
range Grid Impedance”一文中，针对带L滤波器的SiC并网逆变器，提出了一种直接无差拍预测控制方法。通过在没有电压传感器的情况下预测电网电压并去除锁相环(PLL)，所提出的控制可以提高SiC并网逆变器的
稳定性。但该模型预测控制算法需要复杂的矢量运算和依靠在线参数自适应识别算法。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提出一种基于SOGI
‑
CPT的并网逆变器无锁相环控制方法。通过由CPT理论设计的无锁相环控制方法实现强、弱电网甚至极弱电网下并网逆变器等效输出阻抗与电网阻抗交点频率处稳定带宽的拓宽和稳定裕度的提升，从而提高并网逆变器多工况稳定运行能力；在CPT理论设计的无锁相环控制方法的基础上，通过引入SOGI进行相位调整，并且只需改变SOGI的参数k，便可实现并网逆变器在不同功率和不同电网条件下的稳定。
[0007]本专利技术为实现上述目的采用如下技术方案：
[0008]本专利技术基于SOGI
‑
CPT的并网逆变器无锁相环控制方法的特点是：
[0009]将采集获得的并网点电压信号经CPT处理得到滞后于并网点电压90
°
相位的同源电压积分变量，并获得CPT的传递函数G
CPT
(s)；再经SOGI移相得到与并网电压相位一致的同源电压积分变量，并利用方均根值模块获得有效值为1的并网电压基波信号，根据传递函数G
CPT
(s)获得单位功率因素条件下基于SOGI
‑
CPT无锁相环控制方法的传递函数G
cpt_sogi
(s)；将并网电压基波信号与并网电流参考值相乘获得并网电流参考信号后馈入电流控制器；根据传递函数G
cpt_sogi
(s)计算获得基于SOGI
‑
CPT的无锁相环并网逆变器等效输出阻抗；根据稳定性判据并调节SOGI中的可调参数k，实现对并网逆变器的多工况稳定运行控制。
[0010]本专利技术基于SOGI
‑
CPT的并网逆变器无锁相环控制方法是按如下步骤进行：
[0011]步骤1：将采集获得的并网逆变器并网点处电压即中心耦合点电压v
pcc
乘以采样系数H
v
后作为CPT模块的输入，在所述CPT模块中计算获得滞后于并网点电压90
°
相位的同源电压积分变量，记为变量并获得从中心耦合点电压v
pcc
到变量的传递函数G
CPT
(s)；
[0012]步骤2：将所述变量输入至SOGI模块，获得与中心耦合点电压v
pcc
相位一致的同源电压积分变量，记为变量利用方均根值模块将变量转换为有效值为1的并网电压基波信号，并根据所述传递函数G
CPT
(s)计算获得单位功率因数条件下，基于SOGI
‑
CPT无锁相环控制方法的传递函数G
cpt_sogi
(s)；
[0013]步骤3：将所述并网电压基波信号与并网电流参考值相乘获得并网参考电流信号，将所述并网参考电流信号馈入后级电流控制器，完成并网逆变器无锁相环的锁相和并网电流控制；
[0014]步骤4：根据所述传递函数G
cpt_sogi
(s)计算获得基于SOGI
‑
CPT的无锁相环并网逆变器输出阻抗；
[0015]步骤5：根据并网逆变器输出阻抗的稳定性判据，调节SOGI中的可调参数k，实现对并网逆变器的多工况稳定运行控制。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于SOGI
‑
CPT的并网逆变器无锁相环控制方法，其特征是：将采集获得的并网点电压信号经CPT处理得到滞后于并网点电压90
°
相位的同源电压积分变量，并获得CPT的传递函数G
CPT
(s)；再经SOGI移相得到与并网电压相位一致的同源电压积分变量，并利用方均根值模块获得有效值为1的并网电压基波信号，根据传递函数G
CPT
(s)获得单位功率因素条件下基于SOGI
‑
CPT无锁相环控制方法的传递函数G
cpt_sogi
(s)；将并网电压基波信号与并网电流参考值相乘获得并网电流参考信号后馈入电流控制器；根据传递函数G
cpt_sogi
(s)计算获得基于SOGI
‑
CPT的无锁相环并网逆变器等效输出阻抗；根据稳定性判据并调节SOGI中的可调参数k，实现对并网逆变器的多工况稳定运行控制。2.根据权利要求1所述的基于SOGI
‑
CPT的并网逆变器无锁相环控制方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1：将采集获得的并网逆变器并网点处电压即中心耦合点电压v
pcc
乘以采样系数H
v
后作为CPT模块的输入，在所述CPT模块中计算获得滞后于并网点电压90
°
相位的同源电压积分变量，记为变量并获得从中心耦合点电压v
pcc
到变量的传递函数G
CPT
(s)；步骤2：将所述变量输入至SOGI模块，获得与中心耦合点电压v
pcc
相位一致的同源电压积分变量，记为变量利用方均根值模块将变量转换为有效值为1的并网电压基波信号，并根据所述传递函数G
CPT
(s)计算获得单位功率因数条件下，基于SOGI
‑
CPT无锁相环控制方法的传递函数G
cpt_sogi
(s)；步骤3：将所述并网电压基波信号与并网电流参考值相乘获得并网参考电流信号，将所述并网参考电流信号馈入后级电流控制器，完成并网逆变器无锁相环的锁相和并网电流控制；步骤4：根据所述传递函数G
cpt_sogi
(s)计算获得基于SOGI
‑
CPT的无锁相环并网逆变器输出阻抗；步骤5：根据并网逆变器输出阻抗的稳定性判据，调节SOGI中的可调参数k，实现对并网逆变器的多工况稳定运行控制。3.根据权利要求书2所述的基于SOGI
‑
CPT的并网逆变器无锁相环控制方法，其特征是：在所述步骤1中按如下方式获得从中心耦合点电压v
pcc
到变量的传递函数G
CPT
(s)：步骤1.1：采集获得并网逆变器并网点处电压即中心耦合点电压v
pcc
，将所述中心耦合点电压v
pcc
乘以采样系数H
v
后作为CPT模块的输入，由式(1)计算获得所述变量后作为CPT模块的输入，由式(1)计算获得所述变量式(1)中，ω
g
为电网电压的角频率，T
g
为电网电压周期；步骤1.2：所述传递函数G
CPT
(s)由式(2)表征：式(2)中，s为拉普拉斯算子s＝jω。4.根据权利要求书3所述的基于SOGI
‑
CPT的并网逆变器无锁相环控制方法，其特征是：在所述步骤2中，按如下方式获得传递函数G
cpt_sogi
(s)：
步骤2.1：将所述中心耦合点电压的同源积分变量输入至SOGI模块，获得与v
pcc
相位一致的同源电压积分变量步骤2.2：利用方均根值模块将所述与v
pcc
相位一致的同源电压积分变量转换为有效值为1的并网电压基波信号；步骤2.3：所述单位功率因数条件下，基于SOGI
‑
CPT无锁相环控制方法的传递函数G
cpt_sogi
(s)由式(3)所表征：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金桃，茆美琴，丁勇，江迅，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：