一种适用于不平衡电网的并联分数阶并网逆变器制造技术

本发明专利技术主要应用在不平衡电网条件下的并联分数阶逆变器系统，提出了一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种适用于不平衡电网的并联分数阶并网逆变器Ostrowski稳定性判据


[0001]本专利技术属于电力电子及新能源发电领域，具体涉及一种适用于不平衡电网的并联分数阶并网逆变器
Ostrowski
稳定性判据
。

技术介绍

[0002]随着可再生能源分布式发电系统的发展，多机并联
LCL
型并网逆变器作为连接可再生能源发电装置和电网的能量转换接口
(
电路图如图1所示
)
，在提高输出功率和减少电流谐波方面发挥着越来越重要的作用
。
[0003]首先，在多机并联的
LCL
型并网逆变器的运行过程中，随着逆变器并联数量的增加，逆变器的输出阻抗与电网阻抗会在公共点产生耦合，特别是在电网不平衡的情况下，容易产生新的谐振点，引发输出电流震荡失稳，对负载和电网造成冲击，影响系统的稳定性
。
[0004]其次，越来越多的研究表明，实际的电感电容往往呈现出分数阶特性，如果采用整数阶的电感电容模型对滤波器部分建模，会增大数学模型与实际物理模型之间的建模误差，因此需要建立分数阶的滤波器电路模型，提高建模精度
。
然而利用传统的整数阶稳定性判据对分数阶的系统进行稳定性分析时，由于分数阶会导致系统整体模型的阶次升高，计算成本大大增加
。
因此本专利技术在不平衡电网的条件下建立了分数阶的多逆变器并联的数学模型，并利用
Ostrowski
理论对传统的
Nyquistr/>稳定性判据进行改进，可以对分数阶的并联系统的临界稳定条件进行有效判断
。

技术实现思路

[0005]因为基于整数阶模型的
Nyquist
稳定性判据不适用于分数阶模型，因此专利技术提出了一种基于
Ostrowski
理论的改进
Nyquist
稳定性判据，可以对分数阶并联逆变器并网系统在电网不平衡条件下对临界稳定条件进行判断
。
首先通过和整数阶模型以及实际物理模型进行对比，本专利技术所提出的分数阶并联逆变器数学模型具有更高的建模精度，更贴近实际物理模型；其次在电网不平衡条件下应用本专利技术所提出的改进型稳定性判据对并联逆变器系统的最大并联台数进行估计，通过公共点电流的动态响应过程验证了本专利技术所提出的判断方法的有效性
。
[0006]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0007]一种基于
Ostrowski
理论的并联
LCL
型并网逆变器临界稳定条件方法，其特征在于：基于谐波线性化理论，对不平衡电网条件下的正负序电压进行分离，建立由于负序分量导致的锁相环相角误差在频域的表达式，带入后续的坐标变换环节；基于分数阶微积分理论，将
LCL
滤波器中的电感电容转换为分数阶电感电容，并建立分数阶的
LCL
型并网逆变器的正负序导纳模型；基于电路原理，根据单台分数阶导纳模型建立并联系统的总导纳模型；基于
Ostrowski
理论，对系统的总输出导纳与电网阻抗之间的耦合矩阵作稳定性分析，判断系统的临界稳定条件
。
[0008]基于正负序分离的分析方法，图1中的
a
相网侧电压
v
ga
和网侧电流
i
ga
通过正负序分离和傅里叶变换，二者在频域的表达式为：
[0009][0010][0011]其中，
V1，
V2，
I1，
I2分别为正负序基频电压和电流的幅值；
V
p
，
V
n
，
I
p
，
I
n
，分别为正负序谐波电压和电流的幅值；
f1，
f
p
，
f
n
分别为基波和正负序电压的频率；和分别为正负序基波和谐波的相位
。
[0012]由于电网电压不平衡，由传统的锁相环
(PLL)
所得到的相角不满足基频
50Hz
的条件，在本专利技术中，定义
PLL
输出的相角为
θ
＝
θ1+
Δθ
；由于相角误差
Δθ
远远小于
θ1，因此满足近似关系
cos
Δθ
≈1
，
sin
Δθ
≈
Δθ
，从而可以得到输出相角
θ
的正余弦表达式如式
(2)
所示：
[0013][0014]然后通过傅里叶变换，可以得到相角误差在频域的表达式如式
(4)
：
[0015][0016]其中，将式
(3)
代入式
(2)
中并进行傅里叶变换，可得到
θ
在频域的正余弦表达式如式
(5)(6)
，其中
T
n
＝
[
±
jH
PLL
(s)]/[1+V1H
PLL
(s)]。
[0017][0018][0019]由式
(5)(6)
经过相移，可以得到
Park
变换在频域的矩阵表达式如下所示：
[0020][0021]由式
(1)
经过式
(7)
的
Park
变换后，可以得到电网电压不平衡情况下同步旋转坐标系中的电网电流的频域表达式如下所示：
[0022][0023][0024]式
(8)(9)
中的电网电流经过图2中的电流控制器后，得到的逆变器侧输出电压
e
d
和
e
q
以及经过
Park
逆变换后的三相电压如下所示：
[0025][0025][0026]其中，电流控制器为
H
PI
(s)
＝
k
pPI
+k
iPI
/s
；
K
dq
＝
(L1+L2)
ω0；
L1，
L2和
C
f
分别为逆变器侧滤波电感，网侧滤波电感以及滤波电容；
α1，
α2，
β
为
L1，
L2和
C
f
的分数阶次
。
[0027]根据式
(7)
矩阵的逆变换以及电路方程，可以得到逆变器侧输出电压以及电网电压电流的关系如式
(11)
：
[0028][0029]其中，
α1，
α2和
β
分别为逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适用于不平衡电网的并联分数阶并网逆变器
Ostrowski
稳定性判据，其特征在于，所述内容包括：在多机并联的
LCL
型并网逆变器的运行过程中，随着逆变器并联数量的增加，逆变器的输出阻抗与电网阻抗会在公共点产生耦合，特别是在电网不平衡的情况下，容易产生新的谐振点，引发输出电流震荡失稳，对负载和电网造成冲击，影响系统的稳定性；其次越来越多的研究表明，实际的电感电容等滤波器件往往呈现出分数阶特性，如果采用整数阶的电感电容模型对滤波器部分建模，会增大数学模型与实际物理模型之间的建模误差；因此提出采用一种基于
Ostrowski
理论的针对不平衡电网的
LCL
型并网逆变器的临界稳定条件判断技术，执行步骤如下：步骤一：通过谐波线性化的方法对不平衡电网电压
V
ga
和电网电流
I
ga
进行正负序分离，如式一所示，其中，
V1,V2,I1,I2分别为正负序基频电压和电流的幅值；
V
p
，
V
n
,I
p
,I
n
,
分别为正负序谐波电压和电流的幅值；
f1,f
p
,f
n
分别为基波和正负序电压的频率；和分别为正负序基波和谐波的相位，步骤二：由于不平衡电网会使得锁相环输出的相角与电网基频相比存在一定的相角误差，利用傅里叶变换对该相角误差进行变换后的正余弦表达式
cos(
θ
)[f]
和
sin(
θ
)[f]
为其中
T
n
＝
[
±
jH
PLL
(s)]/[1+V1H
PLL
(s)],H
PLL
为锁相环
PI
控制器；为负序电压的共轭，步骤三：根据相角误差的频域正余弦表达式，可以推导出
Park
变换的矩阵频域表达式为步骤四：将经过
Park
变换的电网电流的参考值和采样值送入电流控制器；同时为了削弱
LCL
型滤波器的谐振尖峰，采用了电容电流反馈的有缘阻尼方法，在经过
PWM
调制后可以得到逆变器桥臂的输出电压在同步旋转坐标系下的表达式
e
d
和
e
q
为
其中，
H
PI
(s)
为电流控制器的频域表达式；
K
dq
为耦合项；
i
dref
和
i
qref...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙波，杨婉笛，王露苹，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：