基于極點(diǎn)配置的三相l(xiāng)cl型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，抑制了電網(wǎng)阻抗對(duì)三相LCL型并網(wǎng)逆變器的影響，能夠有效抑制由電網(wǎng)阻抗引起的并網(wǎng)系統(tǒng)不穩(wěn)定問題，可用于并網(wǎng)逆變器的電流控制中。該并網(wǎng)控制方法不僅可以在弱電網(wǎng)條件下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、高質(zhì)量并網(wǎng)，而且避免了復(fù)雜的電流控制器設(shè)計(jì)、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換和解耦控制。同時(shí)，根據(jù)外部給定的無功功率給定信號(hào)，能自動(dòng)調(diào)節(jié)并網(wǎng)電流參考值，實(shí)現(xiàn)無功功率獨(dú)立控制。因此該并網(wǎng)控制方法更適用于經(jīng)長(zhǎng)距離輸電線路接入弱電網(wǎng)的光伏電站并網(wǎng)逆變器控制。
【專利說明】基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及并網(wǎng)逆變器電流控制領(lǐng)域，特別涉及一種抑制電網(wǎng)阻抗影響的LCL型并網(wǎng)逆變器電流控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外最具發(fā)展前景的新能源發(fā)電形式之一，而并網(wǎng)發(fā)電已成為規(guī)?；夥玫闹饕l(fā)展趨勢(shì)。光伏并網(wǎng)逆變器采用LCL濾波器是抑制高頻電流諧波的有效手段之一，在相同電感值的情況下，LCL濾波器因?yàn)V除高次諧波的效果明顯好于L型濾波器而被廣泛采用。
[0003]然而，當(dāng)分布式光伏電站通過一個(gè)與其原始設(shè)計(jì)不同的電網(wǎng)阻抗與電網(wǎng)相連時(shí)，會(huì)造成逆變器動(dòng)態(tài)性能顯著退化，甚至不穩(wěn)定。隨著光伏發(fā)電滲透率的不斷擴(kuò)大，由電網(wǎng)阻抗引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象可能嚴(yán)重影響整個(gè)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，已有不少學(xué)者在風(fēng)電、有源電力濾波器、分布式發(fā)電等領(lǐng)域提出了新的電流控制器設(shè)計(jì)方法，從而抑制電網(wǎng)阻抗對(duì)逆變器控制性能的影響。然而，其控制器設(shè)計(jì)復(fù)雜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，控制過程中存在抖動(dòng)且當(dāng)電網(wǎng)阻抗變化較大時(shí)易失效等缺點(diǎn)限制了所提出控制方法的廣泛應(yīng)用。
[0004]因此，急需一種抑制電網(wǎng)阻抗影響的LCL型并網(wǎng)逆變器電流控制系統(tǒng)及方法，用于并網(wǎng)逆變器電流控制中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)及方法。
[0006]本發(fā)明的目的之一是提出一種基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)；本發(fā)明的目的之二是提出一種基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制方法。
[0007]本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明提供的基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，包括直流輸入源、直流側(cè)電壓檢測(cè)模塊、逆變器、逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊、LCL濾波器、濾波電容電壓檢測(cè)模塊、并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊、并網(wǎng)點(diǎn)電壓檢測(cè)模塊、功率外環(huán)控制器、并網(wǎng)參考電流合成模塊、電流環(huán)控制器、可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊、極點(diǎn)配置模塊和SPWM單元；
[0009]所述直流輸入源，用于連接外部的直流輸入源；
[0010]所述直流側(cè)電壓檢測(cè)模塊，用于采集逆變器直流側(cè)電壓；
[0011]所述逆變器，用于實(shí)現(xiàn)直流電到交流電的轉(zhuǎn)換；
[0012]所述逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊，用于采集逆變側(cè)三相交流電流；
[0013]所述LCL濾波器，用于濾除逆變側(cè)輸出電流中的高頻諧波分量；
[0014]所述濾波電容電壓檢測(cè)模塊，用于采集LCL濾波器中濾波電容的三相交流電壓；
[0015]所述并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊，用于采集并網(wǎng)側(cè)三相交流電流；
[0016]所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓檢測(cè)模塊，用于采集并網(wǎng)點(diǎn)三相交流電壓；[0017]所述功率外環(huán)控制器，用于穩(wěn)定逆變器直流側(cè)電壓；
[0018]所述并網(wǎng)參考電流合成模塊，用于計(jì)算并網(wǎng)電流給定值；
[0019]所述電流環(huán)控制器，用于調(diào)節(jié)并網(wǎng)側(cè)電流跟蹤并網(wǎng)電流給定值；
[0020]所述可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊和極點(diǎn)配置模塊，用于抑制電網(wǎng)阻抗對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；
[0021]所述SPWM單元，用于提供SPWM調(diào)制信號(hào)，控制逆變器開關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷；
[0022]所述直流輸入源與逆變器的輸入端連接，所述逆變器的輸出端與LCL濾波器的輸入端連接，所述LCL濾波器的輸出端與電網(wǎng)連接；
[0023]所述LCL濾波器的逆變側(cè)和并網(wǎng)側(cè)分別設(shè)置有逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊和并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊，LCL濾波器的濾波電容處設(shè)置有濾波電容電壓檢測(cè)模塊，所述逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊和濾波電容電壓檢測(cè)模塊的輸出端與極點(diǎn)配置模塊的輸入端連接；所述并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊的輸出端分別與極點(diǎn)配置模塊和電流環(huán)控制器的輸入端連接；
[0024]所述極點(diǎn)配置模塊的輸入端與逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊、濾波電容電壓檢測(cè)模塊以及并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊的輸出端連接，輸入信號(hào)分別乘以極點(diǎn)配置模塊中逆變器輸出電流、并網(wǎng)電流和電容電壓的狀態(tài)變量反饋增益系數(shù)kp k3、k2后形成狀態(tài)反饋信號(hào)，將以上三個(gè)狀態(tài)反饋信號(hào)相加后與可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊的輸出作差連接；
[0025]所述并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置有電壓檢測(cè)模塊，所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓檢測(cè)模塊的的輸出端與參考電流合成模塊的輸入端連接；所述參考電流合成模塊的輸出端與電流環(huán)控制器的輸入端連接，所述電流環(huán)控制器的輸出端與可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊的輸入端連接；所述可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊的輸出端與所述極點(diǎn)配置模塊的輸出端作差連接，然后與SPWM單元的輸入端連接；
[0026]所述逆變器直流側(cè)設(shè)置有逆變器直流側(cè)電壓檢測(cè)模塊，所述逆變器直流側(cè)電壓檢測(cè)模塊的輸出與參考電壓信號(hào)作差后，與功率外環(huán)控制器的輸入端連接，所述功率外環(huán)控制器的輸出信號(hào)與逆變器直流側(cè)電壓檢測(cè)模塊的輸出相乘后，輸出端與參考電流合成模塊的輸入端連接。
[0027]進(jìn)一步,還包括參考系轉(zhuǎn)換模塊；
[0028]所述參考系轉(zhuǎn)換模塊，用于實(shí)現(xiàn)三相靜止參考系和兩相靜止參考系之間的轉(zhuǎn)換；
[0029]所述逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊、并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊和濾波電容電壓檢測(cè)模塊的輸出端與參考系轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接；所述逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊和濾波電容電壓檢測(cè)模塊的輸出經(jīng)過參考系轉(zhuǎn)換模塊后的輸出端與極點(diǎn)配置模塊的輸入端連接；所述并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊的輸出經(jīng)過參考系轉(zhuǎn)換模塊后的輸出端分別與極點(diǎn)配置模塊和電流環(huán)控制器的輸入端連接；
[0030]所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓檢測(cè)模塊的輸出端與參考系轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接；所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓檢測(cè)模塊的輸出經(jīng)過參考系轉(zhuǎn)換模塊后的輸出端與參考電流合成模塊的輸入端連接；所述參考電流合成模塊的輸出端與電流環(huán)控制器的輸入端連接，所述電流環(huán)控制器的輸出端與可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊的輸入端連接；所述可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊的輸出端與所述極點(diǎn)配置模塊的輸出端作差連接，然后與參考系轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接；所述參考系轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與SPWM單元的輸入端連接。
[0031]進(jìn)一步，所述功率外環(huán)控制器采用帶低通濾波器的PI控制器，所述PI功率外環(huán)控制器的傳遞函數(shù)Gev (S)表達(dá)式為:[0032]
【權(quán)利要求】
1.基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于:包括直流輸入源、直流側(cè)電壓檢測(cè)模塊、逆變器、逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊、LCL濾波器、濾波電容電壓檢測(cè)模塊、并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊、并網(wǎng)點(diǎn)電壓檢測(cè)模塊、功率外環(huán)控制器、并網(wǎng)參考電流合成模塊、電流環(huán)控制器、可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊、極點(diǎn)配置模塊和SPWM單元； 所述直流輸入源，用于連接外部的直流輸入源； 所述直流側(cè)電壓檢測(cè)模塊，用于采集逆變器直流側(cè)電壓； 所述逆變器，用于實(shí)現(xiàn)直流電到交流電的轉(zhuǎn)換； 所述逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊，用于采集逆變側(cè)三相交流電流； 所述LCL濾波器，用于濾除逆變側(cè)輸出電流中的高頻諧波分量； 所述濾波電容電壓檢測(cè)模塊，用于采集LCL濾波器中濾波電容的三相交流電壓； 所述并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊，用于采集并網(wǎng)側(cè)三相交流電流； 所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓檢測(cè)模塊，用于采集并網(wǎng)點(diǎn)三相交流電壓； 所述功率外環(huán)控制器，用于穩(wěn)定逆變器直流側(cè)電壓； 所述并網(wǎng)參考電流合成模塊，用于計(jì)算并網(wǎng)電流給定值； 所述電流環(huán)控制器，用于調(diào)節(jié)并網(wǎng)側(cè)電流跟蹤并網(wǎng)電流給定值； 所述可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊以及極點(diǎn)配置模塊，用于抑制電網(wǎng)阻抗對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響； 所述SPWM單元，用于提供SPWM調(diào)制信號(hào)，控制逆變器開關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷； 所述直流輸入源與逆變器的輸入端連接，所述逆變器的輸出端與LCL濾波器的輸入端連接，所述LCL濾波器的輸出端與電網(wǎng)連接； 所述LCL濾波器的逆變側(cè)和并網(wǎng)側(cè)分別設(shè)置有逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊和并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊，LCL濾波器的濾波電容處設(shè)置有濾波電容電壓檢測(cè)模塊，所述逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊和濾波電容電壓檢測(cè)模塊的輸出端與極點(diǎn)配置模塊的輸入端連接；所述并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊的輸出端分別與極點(diǎn)配置模塊和電流環(huán)控制器的輸入端連接； 所述極點(diǎn)配置模塊的輸入端與逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊、濾波電容電壓檢測(cè)模塊以及并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊的輸出端連接，輸入信號(hào)分別乘以極點(diǎn)配置模塊中逆變器輸出電流、并網(wǎng)電流和電容電壓的狀態(tài)變量反饋增益系數(shù)kl、k3、k2后形成狀態(tài)反饋信號(hào)，將以上三個(gè)狀態(tài)反饋信號(hào)相加后與可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊的輸出作差連接； 所述并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置有電壓檢測(cè)模塊，所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓檢測(cè)模塊的的輸出端與參考電流合成模塊的輸入端連接；所述參考電流合成模塊的輸出端與電流環(huán)控制器的輸入端連接，所述電流環(huán)控制器的輸出端與可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊的輸入端連接；所述可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊的輸出端與所述極點(diǎn)配置模塊的輸出端作差連接，然后與SPWM單元的輸入端連接； 所述逆變器直流側(cè)設(shè)置有逆變器直流側(cè)電壓檢測(cè)模塊，所述逆變器直流側(cè)電壓檢測(cè)模塊的輸出與參考電壓信號(hào)作差后，與功率外環(huán)控制器的輸入端連接，所述功率外環(huán)控制器的輸出信號(hào)與逆變器直流側(cè)電壓檢測(cè)模塊的輸出相乘后，輸出端與參考電流合成模塊的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括參考系轉(zhuǎn)換模塊； 所述參考系轉(zhuǎn)換模塊，用于實(shí)現(xiàn)三相靜止參考系和兩相靜止參考系之間的轉(zhuǎn)換； 所述逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊、并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊和濾波電容電壓檢測(cè)模塊的輸出端與參考系轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接；所述逆變側(cè)電流檢測(cè)模塊和濾波電容電壓檢測(cè)模塊的輸出經(jīng)過參考系轉(zhuǎn)換模塊后的輸出端與極點(diǎn)配置模塊的輸入端連接；所述并網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)模塊的輸出經(jīng)過參考系轉(zhuǎn)換模塊后的輸出端分別與極點(diǎn)配置模塊和電流環(huán)控制器的輸入端連接; 所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓檢測(cè)模塊的輸出端與參考系轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接；所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓檢測(cè)模塊的輸出經(jīng)過參考系轉(zhuǎn)換模塊后的輸出端與參考電流合成模塊的輸入端連接；所述參考電流合成模塊的輸出端與電流環(huán)控制器的輸入端連接，所述電流環(huán)控制器的輸出端與可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊的輸入端連接；所述可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊的輸出端與所述極點(diǎn)配置模塊的輸出端作差連接，然后與參考系轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接；所述參考系轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與SPWM單元的輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述功率外環(huán)控制器采用帶低通濾波器的PI控制器，所述PI功率外環(huán)控制器的傳遞函數(shù)Gev (S)表達(dá)式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述并網(wǎng)參考電流合成模塊，通過以下公式計(jì)算并網(wǎng)電流給定值:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電流環(huán)控制器采用準(zhǔn)PR+HC電流控制器；所述準(zhǔn)PR+HC電流控制器的傳遞函數(shù)Gc (s)表達(dá)式為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述可變?cè)鲆婺K，通過以下公式計(jì)算所述可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊中可變?cè)鲆嫦禂?shù)ka:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述極點(diǎn)配置模塊產(chǎn)生用于抑制LCL濾波器諧振以及由電網(wǎng)阻抗導(dǎo)致的不穩(wěn)定的狀態(tài)反饋信號(hào)；所述極點(diǎn)配置模塊中的狀態(tài)變量反饋增益系數(shù)通過以下步驟來獲取: 首先，通過以下公式計(jì)算抑制LCL濾波器諧振的有源阻尼系數(shù)k。:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述SPWM單元通過計(jì)算可變?cè)鲆婺K的輸出信號(hào)和狀態(tài)反饋信號(hào)之差產(chǎn)生用于調(diào)節(jié)并網(wǎng)側(cè)電流的調(diào)制信號(hào)，將調(diào)制信號(hào)輸入到SPWM單元中與三角載波信號(hào)進(jìn)行比較產(chǎn)生用于控制逆變器開關(guān)的SPWM脈沖調(diào)制信號(hào)； 所述極點(diǎn)配置模塊和可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊是采用基于系統(tǒng)狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)配置的反饋控制模塊；所述參考電流合成模塊是通過基于α β靜止參考系下瞬時(shí)有功功率P和無功功率Q進(jìn)行合成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)所進(jìn)行的控制方法，其特征在于:包括以下步驟: S1:通過功率外環(huán)控制器形成直流參考電流，穩(wěn)定逆變器直流側(cè)電壓；所述功率外環(huán)控制器采用帶低通濾波器的PI控制器，所述PI功率外環(huán)控制器的傳遞函數(shù)Gct(S)表達(dá)式為:
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于極點(diǎn)配置的三相LCL型并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于:所述極點(diǎn)配置模塊和可變?cè)鲆嫦禂?shù)模塊是采用基于狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)配置的反饋控制模塊；所述參考電流合成模塊是通過基于α β靜止參考系下瞬時(shí)有功功率P和無功功率Q進(jìn)行合成的。
【文檔編號(hào)】H02M1/12GK103475029SQ201310449942
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】周林, 張密, 楊明, 晁陽 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)