[發明專利]提高LCL型并網逆變器對弱電網適應能力的控制方法

有效

• 申請號: 201410085448.8
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103812135A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 楊東升;阮新波;吳恒
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術領域

本發明涉及的是一種LCL型并網逆變器控制方法，具體為通過虛擬阻抗對逆變器的輸出阻抗進行校正的方法，可有效提高并網逆變器對弱電網條件的適應能力，即在電網存在寬范圍變化的電網阻抗和嚴重的電壓背景諧波時，仍然能夠保證并網逆變器穩定可靠地工作，同時保證并網電流中的諧波滿足并網標準。

背景技術

分布式發電系統作為可再生能源利用的主要方式之一，既能支持現有配電網的經濟運行，又清潔環保，在電網中所占的容量比例將持續增大。

然而，隨著分布式電源并網功率的增加和接入電網位置的廣泛分布，電網越來越表現出弱電網的特性，主要存在以下兩個特點：1)電網阻抗不可以忽略，且隨電網的運行方式變化；2)并網點電壓存在嚴重的背景諧波。這種弱電網特性對分布式電源與電網之間的接口，即并網逆變器，提出了更高的要求。其中電網阻抗會改變逆變器控制系統的環路增益，可能導致控制系統不穩定；而電網電壓背景諧波會導致并網電流發生畸變。

根據Q/GDW480-2010、IEEE?Std1547-2003等分布式電源并網標準的要求，并網逆變器需要適應電網短路容量與其額定容量之比為10時所對應的電網阻抗值，同時并網電流的各次諧波都需要控制在相應的限定值以內。因此，在弱電網下，不僅要求逆變器在電網阻抗變化時保證控制系統的穩定性，而且要能夠很好地抑制由電網電壓造成的并網電流畸變。為了方便闡述，本發明將這兩方面的要求分別簡稱為穩定性要求和抗擾性能要求。

圖1是現有LCL型并網逆變器的結構圖。LCL型并網逆變器包括直流電源1，逆變橋2，LCL濾波器3，公共電網4，電流控制器5和PWM生成器6。其中，逆變橋2是由開關管S₁～S₄和續流二極管D₁～D₄組成；LCL濾波器3是由濾波電感L₁，L₂和濾波電容C組成；公共電網4是由電網阻抗Z_g和電網電壓源v_g組成；CS₁和CS₂分別為檢測電容電流i_C和并網電流i_g的傳感器，VS₁為并網點電壓傳感器。H_i1,H_i2和H_v1分別為電容電流i_C、并網電流i_g和并網點電壓v_pcc的采樣系數，根據H_i1,H_i2和H_v1得到電容電流反饋信號i_{C_of}，并網電流反饋信號i_{g_of}和并網點電壓反饋信號v_{pcc_of}。

電流控制器5根據傳感器VS₁檢測到并網點電壓，利用鎖相環求得其相位角θ，并利用并網點電壓相位角θ與并網電流指令提供的有效值I^*一起構成并網電流實際的指令值i_ref，進而對并網電流進行閉環調節，其具體的控制過程將在結合下面的控制框圖來說明。為了抑制LCL濾波器的諧振尖峰，電流控制器5中反饋了電容電流進行有源阻尼。

圖2是圖1所示的LCL型并網逆變器的控制框圖，其中,G_d為采用數字控制引入的計算延和PWM調制延時，通常為1.5倍的采樣周期T_s；G_inv為調制信號v_m到逆變橋輸出電壓v_AB的增益；Z_L1,Z_C和Z_L2分別為濾波電感L₁，濾波電容C和濾波電感L₂的阻抗。由圖可知，并網電流的基準i_ref與并網電流的反饋信號i_{g_of}相減，得到的誤差信號；調節器G_i根據該誤差信號進行計算，并其減去電容電流反饋信號i_{C_of}，得到調制信號v_m；將該調制信號送入PWM調制器中，得到逆變橋2各開關管的控制信號，從而使得并網電流跟蹤電流基準。