《CN2014101334688A 一种LCL型单相并网逆变器功率控制及有源阻尼优化方法 1-10》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CN2014101334688A 一种LCL型单相并网逆变器功率控制及有源阻尼优化方法 1-10（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103887822 A(43)申请公布日 2014.06.25CN103887822A(21)申请号 201410133468.8(22)申请日 2014.04.03H02J 3/38(2006.01)H02J 3/01(2006.01)H02J 3/18(2006.01)(71)申请人湖南大学地址 410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路2号申请人长沙博立电气有限公司(72)发明人罗安 周乐明 陈燕东 陈智勇龙际根 王明玥 王华军 李明飞(74)专利代理机构长沙正奇专利事务所有限责任公司 43113代理人马强(54) 发明名称一种LCL型单相并网逆变器功率控制及有源
2、阻尼优化方法(57) 摘要本发明公开了一种LCL型单相并网逆变器功率控制及有源阻尼优化方法，采用等效同步坐标系PI控制器，采用全通滤波器构造两相虚拟正交系统，克服以往构造方法所用数据具有不同时性或引入噪声干扰的问题，实现并网电流在基频零稳定误差调节，提高系统稳定性。本发明实时反馈并网电流的一次微分和高频分量增加了系统阻尼，抑制LCL滤波器的谐振尖峰，并给出了优化的参数选择方法，将单电流反馈系数降为一变量，克服了单电流高频分量反馈中参数不易选取的缺点，提高了系统可靠性和动态性。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书6页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要
3、求书1页 说明书6页 附图2页(10)申请公布号 CN 103887822 ACN 103887822 A1/1页21.一种LCL型单相并网逆变器功率控制及有源阻尼优化方法，其特征在于，该方法为：1)在每个采样周期的起始点，LCL型单相并网逆变器的A/D采样电路对电网电压us和并网电流ig及LCL型单相并网逆变器的逆变电路直流侧电容电压Udc分别进行采样，并将采样数据送给LCL型单相并网逆变器的控制模块处理；2)对并网电流ig通过全通滤波器获得相虚拟正交信号i，构造出两相虚拟正交系统，获得两相正交电流i、i：其中,0为工频角频率；s=j，j是虚部单位符号，为电网角频率；3)对i、i做/dq坐标
4、变换得到单相并网有功电流值id和并网无功电流值iq；4)对直流侧参考电压Udc*和逆变电路直流侧电容电压Udc做PI调节，获得直流侧稳压环节的并网电流有功电流指令值id*，根据需补偿的无功功率Qs确定无功电流的指令值iq*：5)对单相并网有功电流id、并网电流有功电流指令值id*以及并网无功电流iq、无功电流的指令值iq*分别进行PI调节，并对PI调节后的调整值做dq/坐标变换得到指令信号i1、i1；6)对并网电流ig引入3、5、7次谐波补偿器，获取补偿电流i3，并将指令信号i1与补偿电流i3作差获取电流信号i0；7)对并网电流ig引入反馈增加系统阻尼，得到并网电流反馈值；其中反馈系数为H1(
5、s):其中Kd、Kc分别为并网电流微分、高频分量系数；8)将电流信号i0与并网电流反馈值作差，得到SPWM调制波信号d；9)对SPWM调制波和三角载波进行双极性调制，得到逆变电路开关管的占空比信号，经LCL型单相并网逆变器的驱动保护电路，控制逆变电路开关管的开通与关断。2.根据权利要求1所述的LCL型单相并网逆变器功率控制及有源阻尼优化方法，其特征在于，所述步骤7）中，Kc与Kd的关系为：Kc=(1-Tsd)Kd/Ts；d和Kd的取值为：其中，res为LCL滤波器的谐振频率，为并网电流反馈中LCL型逆变器的目标阻尼系数，n为并网电流引入反馈后的谐振频率，Kinv为LCL型逆变器的等效增益，L、
6、Lg为LCL滤波器中的电感感值，C为LCL滤波器的电容容值，Ts为采样周期。权 利 要 求 书CN 103887822 A1/6页3一种 LCL 型单相并网逆变器功率控制及有源阻尼优化方法技术领域0001 本发明涉及PWM逆变控制及其新能源领域,具体是一种LCL型单相并网逆变器功率控制及有源阻尼优化方法。背景技术0002 化石能源的短缺及造成的环境污染使得光伏发电成为研究热点之一，在电网的末梢，非阻性负载的大量接入会产生无功电流，这要求分布式光伏并网系统能够提供低谐波失真的有功电流，也需向负载提供无功电流。国内外对兼具无功补偿功能的光伏并网控制策略进行了相应的研究，其在同步旋转坐标系下对有功和
7、无功分别进行PI调节可等效成对并网电流的比例谐振控制，实现光伏并网电流的无静差和功率因数，而负载无功电流的检测是实现有功发电和无功补偿的关键，通常采用构造三相系统或两相正交系统而获得不同坐标系下的虚拟三相或两相电流，但是这样无疑都引入了不同程度的延时问题，对系统的稳定性有较大的影响。0003 构造的正交系统仅在基波实现功率调节，未考虑谐波域，这将会带来往公共电网注入谐波的危害。为了减少谐波对公共电网的危害，要求其具有极低的总谐波失真。在并网系统中，通过HC（Harmonic compensator）策略可实现对低次谐波的抑制，采用LCL滤波器，能够更好的抑制高次谐波，并降低总电感量。但LCL滤
8、波器是一个三阶系统具有一个阻尼系数很低的谐振尖峰，容易发生振荡并造成系统不稳定，因此对系统的控制提出了更高的要求。通常采用有源阻尼的方法抑制谐振尖峰，采样LCL滤波器中的电容电流并进行反馈控制或采用网侧电感电压微分量取代电容电流来抑制谐振尖峰，但都会引入额外的电流传感器，增加了系统的硬件成本，降低了系统可靠性。因此，减少引入额外的传感器采用单电流反馈成为了研究热点，目前有采用对并网电流两次微分反馈和估算当前电容电流值并反馈的策略，但两次微分的系数不易选取且电容电流的估算方法较为复杂耗时，且容易引入误差。发明内 容0004 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种LCL型单相并网逆
9、变器功率控制及有源阻尼优化方法，解决传统单相无功检测存在较大延时或引入干扰信号的问题，同时解决目前单相LCL型并网逆变器需要额外传感器或者引入单电流反馈参数不易选取的问题。0005 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种LCL型单相并网逆变器功率控制及有源阻尼优化方法，该方法为：0006 1)在每个采样周期的起始点，LCL型单相并网逆变器的A/D采样电路对电网电压us和并网电流ig及LCL型单相并网逆变器的逆变电路直流侧电容电压Udc分别进行采样，并将采样数据送给LCL型单相并网逆变器的控制模块处理；0007 2)对并网电流ig通过全通滤波器获得相虚拟正交信号i，构造出两相虚拟正说
10、 明 书CN 103887822 A2/6页4交系统，获得两相正交电流i、i：0008 0009 其中,0为工频角频率；s=j，j是虚部单位符号；0010 3)对i、i做/dq坐标变换得到单相并网有功电流值id和并网无功电流值iq；0011 4)对直流侧参考电压Udc*和逆变电路直流侧电容电压Udc做PI调节，获得直流侧稳压环节的并网电流有功电流指令值id*，根据需补偿的无功功率Qs确定无功电流的指令值iq*：0012 0013 5)对单相并网有功电流id、并网电流有功电流指令值id*以及并网无功电流iq、无功电流的指令值iq*分别进行PI调节，并对PI调节后的调整值做dq/坐标变换得到指令信
11、号i1、i1；其对并网电流的控制效果可等效为同步坐标系PI控制器，则并网电流ig与并网电流指令值ig*在相下的等效差值E到逆变器控制信号i1的传递函数Gc(s)为：0014 0015 Gc(s)在基波频率处增益无穷大，在非基频处增益非常小，实现并网电流的零稳态误差调节。其中Kp、Ki为并网有功和无功电流PI控制器中PI参数。0016 6)对并网电流ig引入3、5、7次谐波补偿器，获取补偿电流i3，并将指令信号i1与补偿电流i3作差获取电流信号i0；0017 7)对并网电流ig引入反馈增加系统阻尼，得到并网电流反馈值；其中反馈系数为H1(s):0018 0019 其中Kd、Kc分别为并网电流微分
12、、高频分量系数；为电网角频率；0020 8)将电流信号i0与并网电流反馈值作差，得到SPWM调制波信号d；0021 9)对SPWM调制波和三角载波进行双极性调制，得到逆变电路开关管的占空比信号，经LCL型单相并网逆变器的驱动保护电路，控制逆变电路开关管的开通与关断。0022 所述步骤7）中，Kc与Kd的关系为：0023 Kc=(1-Tsd)Kd/Ts；0024 d和Kd的取值为：0025 说 明 书CN 103887822 A3/6页50026 其中，res为LCL滤波器的谐振频率，为并网电流反馈中LCL型逆变器的目标阻尼系数，n为并网电流引入反馈后的谐振频率，Kinv为LCL型逆变器的等效增
13、益，L、Lg为LCL滤波器中的电感感值，C为LCL滤波器的电容容值，Ts为采样周期。0027 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：针对单相系统不能直接应用同步旋转坐标系实现并网功率控制的问题，本发明采用等效同步坐标系PI控制器，采用全通滤波器构造两相虚拟正交系统，克服以往构造方法所用数据具有不同时性或引入噪声干扰的问题，实现并网电流在基频零稳定误差调节，提高系统稳定性。本发明实时反馈并网电流的一次微分和高频分量，增加了系统阻尼，抑制LCL滤波器的谐振尖峰，并给出了优化的参数选择方法，将单电流反馈系数降为单一变量，克服了单电流高频分量反馈中参数不易选取的缺点，提高了系统可靠性和动态性。附图
14、说明0028 图1为本发明一实施例LCL型并网逆变器功率控制及其有源阻尼优化方法结构图；0029 图2为本发明一实施例LCL型并网逆变器功率控制及其有源阻尼优化方法控制框图；0030 图3为本发明一实施例LCL型并网逆变器的单电流反馈有源阻尼优化控制策略控制框图示意图；0031 图4为本发明一实施例K1与不同比值时的传递函数波特图；0032 图5为本发明一实施例电网电压us和网测电流ig仿真波形。具体实施方式0033 如图1所示，本发明一实施例单相光伏并网逆变器包括逆变电路、LCL滤波电路、A/D采样电路、锁相环电路、控制器DSP2812、驱动保护电路，所述光伏阵列、升压斩波电路、逆变电路、L
15、CL滤波电路、电网依次连接；所述所述A/D采样电路输入端与所述LCL滤波电路连接；所述控制器DSP2812与所述驱动保护电路输入端、A/D采样电路输出端、锁相环电路输出端连接；所述锁相环电路输入端与电网连接；所述驱动保护电路驱动所述逆变电路。逆变电路与LCL滤波电路连接，DSP控制器分别与A/D采样电路、锁相环PLL电路、驱动保护电路连接，驱动保护电路与整流电路的开关管连接。驱动保护电路的输出控制逆变电路中开关管的通断。电感L和电感Lg,及其电容C构成单相光伏并网逆变器的滤波电路，用来滤除并网电流的高次谐波，具有显著的衰减作用。Udc为逆变电路直流侧电容电压，ig为并网电流，us为电网电压。0
16、034 本发明的LCL型并网逆变器功率控制及其有源阻尼优化方法如下：0035 1）在每个采样周期的起始点，A/D采样电路对电网电压us和并网电流ig及逆变电路直流侧电容电压Udc分别进行采样，并将采样数据送给控制模块处理；0036 2）对并网电流ig通过全通滤波器获得相虚拟正交信号i，构造出两相虚拟正交系统，做/dq坐标变换得到单相并网有功电流id和并网无功电流iq；0037 3）对并网有功电流id和并网无功电流iq的值与并网电流有功电流指令值id*、无功电流的指令值iq*进行PI调节，做dq/坐标变换得到指令信号i1、i1，其中i1是说 明 书CN 103887822 A4/6页6控制逆变器的信号；0038 4）引入3、5、7次谐波补偿器
