一種基于靈敏度分析的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電網(wǎng)運行控制領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種基于靈敏度分析的并網(wǎng)逆變系統(tǒng) 參數(shù)調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于我國太陽能資源分布的特點，許多光伏逆變器被安裝在偏遠地區(qū)，長電纜及 低功率變壓器等使得電網(wǎng)公共禪合點處阻抗較大，且在較低頻率范圍一般呈現(xiàn)感性，其對 逆變器的穩(wěn)定性影響是不可忽略的。電網(wǎng)阻抗大幅變化即弱電網(wǎng)下，會導(dǎo)致阻抗不匹配，進 而產(chǎn)生諧波電流，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。傳統(tǒng)的逆變器并網(wǎng)電流控制并未考慮到電網(wǎng)阻 抗的影響，一些學(xué)者則對此進行了相關(guān)的研究。例如，文獻（1):"化oran Lijinbing Zhao, Xuhong Yang:'Mathematical model of grid-connected inverter system in weak grid，'IET Electron丄ett. ,2015,51,(23)，pp. 1922-1924·，'，提出了利用阻抗分析法來分 析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，它證明了系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定性和隨著電網(wǎng)阻抗的增大并網(wǎng)電流的低頻諧波 也隨之增大的結(jié)論，但是，阻抗分析法用Zgrid/Zinv來表征系統(tǒng)的相角裕度是不精確的。文獻
[2] :"Jian,Sun:"Impedance-based stability criterion for grid-connected inve;rters. "I邸E Trans .Power Electron. ,2011,26, (11) ,pp: 3075-3078."，證明 了濾波 器的固有諧振頻率和系統(tǒng)的帶寬會隨著電網(wǎng)阻抗的增大而減小，并提出了不同階次的諧波 補償策略，運樣的控制策略極大地提高了系統(tǒng)的復(fù)雜度，不僅增加了成本而且對系統(tǒng)參數(shù) 和電網(wǎng)阻抗值的精確度要求較高，運些困難給設(shè)計者帶來了很多困難。
[0003] 綜上，現(xiàn)有并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的控制策略存在W下缺陷：
[0004] 1.研究表明變化的高電網(wǎng)阻抗對并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)有著不可忽視的影響，而傳統(tǒng) 的并網(wǎng)逆變器的控制策略并未考慮運一因素(即弱電網(wǎng)）。
[000引2.已有的阻抗分析法和穩(wěn)定裕度分析并未設(shè)及變化的高電網(wǎng)阻抗對系統(tǒng)的具體 影響，沒有建立起它們之間的函數(shù)關(guān)系，因此也得不到系統(tǒng)參數(shù)間精確的關(guān)系。
[0006] 3.已有的一些消除電網(wǎng)阻抗影響的控制策略往往十分復(fù)雜，大大增加了系統(tǒng)的復(fù) 雜度。
[0007] 4.-個魯棒性較好的控制系統(tǒng)往往更能適應(yīng)弱電網(wǎng)，控制器參數(shù)的選取對系統(tǒng)的 魯棒性有很大的影響，已有的研究未具體設(shè)及運一方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種并網(wǎng)逆變系統(tǒng) 的控制參數(shù)調(diào)整方法，通過敏感度分析設(shè)計實現(xiàn)在電網(wǎng)阻抗發(fā)生變動時通過調(diào)節(jié)參數(shù)始終 保持系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定裕度和帶寬的控制策略，具有降低系統(tǒng)復(fù)雜度、控制精度高、實現(xiàn)成 本低、實用性強等優(yōu)點。
[0009] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0010] -種基于靈敏度分析的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整方法，并網(wǎng)逆變系統(tǒng)包括依次連接 直流母線電壓、逆變器、IXL濾波器、電網(wǎng)阻抗和電網(wǎng)電壓，W及接入LCL濾波器和電網(wǎng)阻抗 之間的負載，該方法包括W下步驟：
[0011] S1:設(shè)置并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的外環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)和內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)，并設(shè)電網(wǎng)阻抗呈電感性 W及負載為無窮大，得到并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)Gcd(s)，滿足W下公式：
[001引式中，Iref表示參考入網(wǎng)電流，ig表示入網(wǎng)電流，kp表示外環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的比例參 數(shù)，k康示外環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的積分參數(shù)，k讀示內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的內(nèi)環(huán)前向增益，k康示內(nèi) 環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的內(nèi)環(huán)反饋系數(shù)，Li表示LCL濾波器中的逆變側(cè)濾波電感，C表示LCL濾波器中 的濾波電容，L2表示LCL濾波器中的并網(wǎng)側(cè)濾波電感，Lg表示呈電感性的電網(wǎng)阻抗，S表示復(fù) 數(shù)參量；
[0016] S2:基于系統(tǒng)靈敏度的定義，由并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)獲得并網(wǎng)逆變系統(tǒng) 中各參數(shù)的靈敏度函數(shù)，存在W下靈敏度函數(shù)關(guān)系式：
[0017]
[001引式中，表示呈電感性的電網(wǎng)阻抗的靈敏度函數(shù)，刊表示外環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù) 中的比例參數(shù)的靈敏度函數(shù)，表示外環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的積分參數(shù)的靈敏度函數(shù)， 及fi(種表示內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的內(nèi)環(huán)前向增益的靈敏度函數(shù)，《5=1 Cs)表示內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中 的內(nèi)環(huán)反饋系數(shù)的靈敏度函數(shù)；
[0019] S3:根據(jù)靈敏度函數(shù)關(guān)系式得到W下參數(shù)調(diào)節(jié)公式：
[002引式中，A Lg表示呈電感性的電網(wǎng)阻抗的調(diào)節(jié)差值，A kp表示外環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的比例 參數(shù)的調(diào)節(jié)差值，A ki表示外環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的積分參數(shù)的調(diào)節(jié)差值，Δ?α表示內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù) 中的內(nèi)環(huán)前向增益的調(diào)節(jié)差值，A k2表示內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的內(nèi)環(huán)反饋系數(shù)的調(diào)節(jié)差值；
[0023] S4:根據(jù)參數(shù)調(diào)節(jié)公式調(diào)節(jié)參數(shù)kp、ki、ki和k2的數(shù)值來消除Lg變化所產(chǎn)生的影響， 并W靈敏度函數(shù)關(guān)系式的敏感度偏差評價參數(shù)調(diào)節(jié)精度。
[0024] 所述步驟S1中，根據(jù)勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)，獲得并網(wǎng)逆變系統(tǒng)穩(wěn)定的約束條件 為：
[0025]
[0026] 所述系統(tǒng)靈敏度的定義為系統(tǒng)傳遞函數(shù)的變化率與受控對象傳遞函數(shù)的變化率 之比，所述并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中各參數(shù)的靈敏度函數(shù)為系統(tǒng)傳遞函數(shù)的變化率與參數(shù)的變化率 之比。
[0027] 所述呈電感性的電網(wǎng)阻抗的靈敏度函數(shù)滿足W下公式： §
[002引
[0029]所述外環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的比例參數(shù)的靈敏度函數(shù)滿足W下公式：
[0032] 所述外環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的積分參數(shù)的靈敏度函數(shù)Sfi (叫滿足W下公式：
[0033]
[0034] 所述內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的內(nèi)環(huán)前向增益的靈敏度函數(shù)《；1"的滿足W下公式：
[0035]
[0036] 所述內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)中的內(nèi)環(huán)反饋系數(shù)的靈敏度函數(shù)5心i (.s')滿足W下公式：
[0037]
[003引所述步驟S4還包括:根據(jù)i (.S')和Sf 1杉)，通過調(diào)節(jié)參數(shù)ki和k2的數(shù)值來設(shè)計并 網(wǎng)逆變系統(tǒng)的魯棒性。
[0039] 所述步驟S4還包括:根據(jù)*(刊，通過調(diào)節(jié)參數(shù)kp的數(shù)值來調(diào)節(jié)并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的 帶寬。
[0040] 所述步驟S4中經(jīng)過參數(shù)調(diào)節(jié)后，靈敏度函數(shù)關(guān)系式的敏感度偏差與杉)等效為：
[0041]
[0042] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點：
[0043] 1)本發(fā)明對弱電網(wǎng)下的并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)進行敏感度分析，并利用對各參數(shù)的敏 感度分析結(jié)果，建立了電網(wǎng)阻抗、控制器參數(shù)和整個系統(tǒng)之間的關(guān)系，設(shè)計了實現(xiàn)在電網(wǎng)阻 抗發(fā)生變動時，通過調(diào)節(jié)控制器參數(shù)始終保持系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定裕度和帶寬的控制策略， 并通過理論分析和仿真驗證，證明了敏感度分析方法的正確性和所提出的控制策略在電網(wǎng) 阻抗變化且較大時可W有效地消除其對系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)保持良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性。
[0044] 2)本發(fā)明基于敏感度分析，提出了并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的控制需要同時存在參數(shù)ki和k2， 若只有kl或者k2，會嚴(yán)重制約了魯棒系統(tǒng)的設(shè)計，而通過參數(shù)調(diào)節(jié)公式來調(diào)節(jié)參數(shù)kl和k2可 W保持并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)基本不變，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性更佳。
[0045] 3)本發(fā)明提出從敏感度的角度來分析解釋變化的高電網(wǎng)阻抗對系統(tǒng)的影響的方 法，采用的敏感度分析方法可W更精確的反映系統(tǒng)各個控制參數(shù)、電網(wǎng)阻抗和整個系統(tǒng)之 間的關(guān)系，對弱電網(wǎng)下的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的研究具有重要意義。
[0046] 4)本發(fā)明利用敏感度分析結(jié)果建立控制參數(shù)與系統(tǒng)魯棒性之間的調(diào)節(jié)關(guān)系，基于 參數(shù)kl和k2對系統(tǒng)的敏感度W及對系統(tǒng)的不同影響，通過調(diào)整參數(shù)kl和k2來設(shè)計一個魯棒 性較好的系統(tǒng)。
[0047] 5)本發(fā)明利用敏感度分析結(jié)果建立控制參數(shù)、電網(wǎng)阻抗與系統(tǒng)帶寬之間的調(diào)節(jié)關(guān) 系，即當(dāng)電網(wǎng)阻抗變化時，根據(jù)刊調(diào)節(jié)參數(shù)kp的數(shù)值來消除電網(wǎng)阻抗變化對系統(tǒng)帶寬 的影響，使系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度下保持很好的系統(tǒng)帶寬。
[0048] 6)本發(fā)明利用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)，建立控