一種靜止坐標系下lcl并網(wǎng)逆變器的有源阻尼控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種靜止坐標系下LCL并網(wǎng)逆變器的有源阻尼控制方法，屬于并網(wǎng)型 PWM逆變器的控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展以及電網(wǎng)對并網(wǎng)型逆變器注入諧波電流的嚴格要求，在 并網(wǎng)型PffM逆變器中采用LCL型濾波器取代L型濾波器在光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及儲能PCS系 統(tǒng)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 眾所周知，相比L型濾波器，LCL型濾波器具有更好的諧波衰減特性，能夠帶來更好 的諧波抑制效果，因此在并網(wǎng)逆變器中采用LCL型濾波器能夠有效減小濾波器的體積和成 本，降低注入電網(wǎng)的諧波電流含量。但是由于LCL濾波器存在固有諧振頻率點，在諧波電壓 的激發(fā)下容易引起電路諧振，引起較大的諧振電流，嚴重情況下導(dǎo)致并網(wǎng)逆變器不能穩(wěn)定 運行，因此，對于LCL的諧振抑制控制或者阻尼控制成為眾多學(xué)者研究的熱點。
[0004] 目前，已經(jīng)出現(xiàn)的能夠?qū)崿F(xiàn)LCL諧振阻尼控制的方法主要分為兩類，一類是無源阻 尼控制，一類為有源阻尼控制。無源阻尼控制主要是在LCL濾波器的電容支路串聯(lián)電阻，通 過增加 LCL的阻尼從而消除LCL的固有諧振頻率點，這種方法簡單，實現(xiàn)方便，但是增加阻尼 電阻會帶來一定的功率損耗，降低了系統(tǒng)的效率，而且也增加了系統(tǒng)散熱的難度，此外無源 阻尼方法也降低了 LCL濾波器對于高頻電流的衰減性能，因此這種方法難以滿足高性能并 網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的要求。有源阻尼控制技術(shù)主要通過增加額外的控制算法來抑制LCL固有的 諧振峰值點，公開號為102075108A和102545266A的中國發(fā)明專利通過反饋電容電流控制實 現(xiàn)了LCL的有源阻尼控制，但是該方法需要額外增加電流傳感器，既增加了系統(tǒng)的成本，也 降低了系統(tǒng)的可靠性；公開號為103326386A的中國發(fā)明專利通過反饋電容電壓控制實現(xiàn) LCL的有源阻尼控制，但是該方法需要增加電壓傳感器，而且反饋網(wǎng)絡(luò)為一個純微分環(huán)節(jié)， 比較容易引入干擾噪聲，影響系統(tǒng)的控制效果；公開號為1866719A的中國發(fā)明專利通過同 時反饋電網(wǎng)側(cè)電流和逆變器側(cè)電流實現(xiàn)了LCL的阻尼控制，該方法需要同時檢測電網(wǎng)側(cè)電 流和逆變器側(cè)電流，將兩個電流進行加權(quán)平均處理后實現(xiàn)LCL濾波器的有源阻尼控制，但是 該方法也需要額外電流傳感器。公開號為102522879A的中國發(fā)明專利，通過采用網(wǎng)側(cè)電感 電壓反饋補償，實現(xiàn)了對LCL濾波器的諧振阻尼，該方案的明顯缺陷是需要提供額外的電壓 傳感器來采集電感電壓，增加了系統(tǒng)的硬件成本，此外控制算法中采用的微分調(diào)節(jié)器數(shù)字 實現(xiàn)是一個難點，且微分環(huán)節(jié)比較容易引入干擾，影響系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性;公開號為 102263417A的中國發(fā)明專利，通過采用在濾波電容器上串聯(lián)阻尼電阻以及引入濾波器電容 電流反饋的混合阻尼方案，實現(xiàn)了對LCL濾波器的諧振阻尼，該方案的最大優(yōu)點是具有較強 的電網(wǎng)適應(yīng)能力，最大缺陷是需要提供額外的電流傳感器來采集濾波器電容電流，增加了 系統(tǒng)的硬件成本，且增加了算法的復(fù)雜程度。上述專利所采用的方法均需要額外增加電流 傳感器或者電壓傳感器，顯然不利于系統(tǒng)成本降低和提高系統(tǒng)的可靠性。
[0005][0006] 因此，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本領(lǐng)域亟待提出在一種不需要增加任何傳感器、 算法實現(xiàn)簡單，能夠有效實現(xiàn)LCL型并網(wǎng)逆變器的有源阻尼控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供了一種不需要增加任何傳感器、算法簡單、有效 改善系統(tǒng)效率和成本的靜止坐標系下LCL并網(wǎng)逆變器的有源阻尼控制方法，解決了如何使 得實現(xiàn)LCL型并網(wǎng)逆變器的有源阻尼控制方法既不需要增加任何傳感器且算法簡單的問 題。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種靜止坐標系下LCL并網(wǎng) 逆變器的有源阻尼控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0009] 步驟一:通過電網(wǎng)電壓檢測單元采樣兩相電網(wǎng)線電壓，通過電網(wǎng)線電壓到兩相靜 止坐標系的坐標變換公式得到電網(wǎng)電壓矢量在靜止坐標系中的分量，通過直接計算得到電 網(wǎng)電壓的幅值以及電網(wǎng)相位角的正弦值和余弦值；
[0010] 步驟二:通過電流檢測以及變換單元采樣兩相變換器側(cè)相電流，通過坐標變換公 式得到變換器側(cè)電流矢量在兩相靜止坐標系中的分量；
[0011] 步驟三:通過直流電壓控制單元采樣直流電壓值，將直流電壓的參考值與實際值 之間的誤差值通過PI調(diào)節(jié)器得到電網(wǎng)側(cè)有功電流的參考值送入電流指令生成單元中；
[0012] 步驟四：計算電容支路無功電流值，并根據(jù)步驟三中得到電網(wǎng)側(cè)有功電流的參考 值和無功電流參考值得到變換器側(cè)有功電流和無功電流的參考值并坐標變換到靜止坐標 系下；
[0013] 步驟五:在兩相靜止坐標系中，將兩個交流電流的參考值和反饋值的差值輸入至 兩個電流控制單元中的兩個PR調(diào)節(jié)器中得到變換器輸出電壓指令值；
[0014] 步驟六:將靜止坐標系下的變換器側(cè)電流輸入至有源阻尼控制單元的主動阻尼網(wǎng) 絡(luò)得到變換器輸出電壓的補償值，變換器輸出電壓控制值減去變換器輸出電壓補償值得到 變換器輸出電壓的指令值；
[0015] 步驟七:將變換器輸出電壓的指令值輸入至空間矢量脈沖生成單元得到逆變器的 驅(qū)動脈沖控制逆變器工作。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟一的實現(xiàn)包括以下具體內(nèi)容：
[0017] 步驟1.1:采樣兩相電網(wǎng)線電壓uga4Pugb。，并通過坐標變換公式變換到兩相靜止坐 標系下得到U gc^Pugfi,所采用的坐標變換公式為：
[0018]
[0019]步驟1.2:根據(jù)步驟1.1得到的電網(wǎng)電壓在αβ坐標系中的分量Uga和Ugfi得到電網(wǎng)電 壓的幅值11"以及電網(wǎng)電壓相角的正弦值cos(0)和余弦值sin(0)，對應(yīng)的計算公式如下所 示：
[0020]
[0021]優(yōu)選地，所述的步驟二的實現(xiàn)包括以下具體內(nèi)容：
[0022] 步驟2.1:采樣變換器側(cè)兩相電流值I1JPi1。，并利用坐標變換公式得到變換器側(cè) 電流矢量在邱坐標系中分量iia和iiP，使用到的坐標變換公式為：
[0023]
[0024] 優(yōu)選地，所述步驟三的實現(xiàn)包括以下具體內(nèi)容：
[0025]步驟3.1:采樣直流電壓值Udc，將直流電壓的參考值Udc*與實際值Udc之間的誤差值 送入PI調(diào)節(jié)器得到電網(wǎng)側(cè)有功電流的參考值"/，具體計算公式為：
[0026]
[0027 ]優(yōu)選地，所述步驟四的實現(xiàn)包括以下具體內(nèi)容：
[0028]步驟4.1:根據(jù)電網(wǎng)電壓檢測單元中電網(wǎng)電壓的幅值um計算電容支路消耗的有功 電流值i。d和無功電流值i。q，具體的計算公式如下：
[0029]
[0030] 式中，〇^為電網(wǎng)電壓的電角度;Cf為LCL濾波器的電容值；
[0031] 步驟4.2:根據(jù)電網(wǎng)側(cè)電流有功電流參考值ig/和無功電流參考值ig，以及電容支 路消耗的有功電流值U和無功電流值i。。，計算得到變換器側(cè)電流的有功電流參考值和 無功電流參考倌iJ，縣休的計算公式為：
[0032]
[0033] 步驟4.3:利用反派克變換公式將變換器側(cè)的和無功電流參考值變換到靜 止坐標系中得到變換器側(cè)電流在靜止坐標系中的參考值使用的變換公式為：
[0034]
[0035] 優(yōu)選地，所述步驟五的實現(xiàn)包括以下具體內(nèi)容：
[0036] 步驟5.1:將靜止坐標系下的兩個電流參考值ii/和ii/以及反饋值iia和iiM故差， 并分別送入兩個PR調(diào)節(jié)器，得到電流環(huán)PR調(diào)節(jié)器輸出的電壓值u。。和 Uci{!，具體的計算公式 為：
[0037]
[0038] 式中：c〇APR調(diào)節(jié)器的諧振角頻率，此處取電網(wǎng)角頻率即COc=COgA為PR調(diào)節(jié)器 的阻尼系數(shù)；
[0039] 步驟5.2:將電網(wǎng)電壓值Ugc^Pugfi減去PR調(diào)節(jié)器輸出電壓值Ucia和U cifi得到變換器輸出 電壓控制值Ura和Urfi，其計算公式為：
[0040]
[0041]優(yōu)選地，所述步驟六的實現(xiàn)包括以下具體內(nèi)容：
[0042] 步驟6.1:將變換器側(cè)電流I1C^Piie輸入至主動阻尼網(wǎng)絡(luò)H(S)得到變換器輸出電壓 的補償值△ Uia和AUif!，其中補償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：
[0043]
[0044] 其中，k為補償網(wǎng)絡(luò)的增益系數(shù)；γ為補償網(wǎng)絡(luò)的阻尼系數(shù)；cod為補償網(wǎng)絡(luò)的諧振 角頻率；
[0045]補償網(wǎng)絡(luò)中的三個參數(shù)按照下式來選擇：
[0046]
[0047] 則輸出電壓的補償值計算公式為：
[0048]
[0049] 步驟6.2 :將變換器輸出電壓控制值Ura和Urfi減去變換器輸出電壓的補償值△ Uia和 Ame得到變換器輸出電壓的指令值uia和uie，計算公式如下所示：
[0050]
[0051 ]優(yōu)選地，所述步驟七的實現(xiàn)包括以下具體內(nèi)容：
[0052] 步驟7.1:將變換