[發明專利]LC型三相并網逆變系統單環控制方法

在審

• 申請號: 201611207439.7
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106602600A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 楊旭紅;郭凱;張蘇捷
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/5387;H02J3/01
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種電源并網控制技術，特別涉及一種基于比例復數積分PCI和重復并聯復合控制的LC型三相并網逆變系統單環控制方法。

背景技術

近年來，石油、煤炭以及天然氣等不可再生能源的供應日趨緊張，開發利用風能和太陽能等新能源越來越被人們所重視。然而在對新能源開發與利用的過程中，合理設計并網逆變控制系統十分重要。一般情況下，對于并網逆變器的控制而言，主要有兩個指標，一是被控輸出電流與電網電壓同頻同相，二是被控輸出電流的諧波畸變率(THD)滿足相關并網標準。

并網逆變器被控輸出電流必須經過濾波器才能濾除高次諧波，目前較為常用的濾波器主要有L型、LC型以及LCL型三種。其中對于L型濾波器而言，其結構最簡單，但濾波效果較差；對于LC型濾波器而言，其主要適用于雙模式下，且在并網時濾波電容C相當于本地負載，并無濾波作用；對于LCL型濾波器而言，濾波電容C起到高次諧波通道的作用，能一定程度的消除高次諧波，濾波效果最優，但是LCL型濾波器為三階系統，存在諧振峰，且在諧振頻率處增益較大，極易造成系統的不穩定。本發明采用電流源型逆變器時，信號由脈沖寬度調制(PWM)信號觸發調制，同時電路輸出電壓在開關頻率處會產生較多諧波，必須合理選取濾波器以消除諧波。相較于LCL型濾波器控制策略復雜，LC型濾波器控制簡單，有利于并網逆變器的獨立運行，常用于工程實踐之中。現階段對于并網逆變器控制策略的研究主要集中于電流控制型和電壓控制型兩種。對于電流控制型而言，控制方式主要有于比例積分控制(PI)、比例諧振控制(PR)以及模糊控制等多種類型，每種控制方法各有優缺點；對于電壓控制型而言，控制方式主要有恒功率(PQ)控制、恒壓/恒頻(V/F)控制以及下垂(Droop)控制三種。綜合以上兩方面的分析，研究LC型濾波并網逆變控制方法具有十分重要的理論意義和實際意義。

發明內容

本發明是針對并網逆變器控制存在的問題，提出了一種LC型三相并網逆變系統單環控制方法，能夠直接有效控制交流量的方法，同時結合LC型濾波器進行濾波，使得逆變電流滿足功率因數并網要求，諧波畸變率符合相關標準。該方法為單環控制，直接用于控制交流變量，無需進行坐標變換，節約整個系統成本，提高并網電流波形質量、跟蹤精度以及功率因數，同時能夠確保整個控制系統的安全穩定運行。

本發明的技術方案為：一種LC型三相并網逆變系統單環控制方法，LC型三相并網逆變系統包括直流輸入電壓源U_dc、基于脈沖寬度調制控制的三相逆變器、LC濾波器，電網線路等效電阻R_a、R_b、R_c，一個網側三相電流檢測變送器、三個用于對電流誤差信號進行調節的比例復數積分PCI控制器和三個用于對電流誤差信號進行調節的重復控制器，首先在網側三相電流檢測變送器的作用下，獲取三相實際并網電流i_a、i_b、i_c，并將該值與對應的三相指令電流i_aref、i_bref、i_cref比較做差，得到對應誤差信號；然后每項的誤差信號流向對應的一個PCI與一個重復控制并聯復合組成的控制器，經重復控制器進行控制獲取輸出信號和經PCI控制器進行控制獲取輸出信號相加，獲取復合控制下總的輸出信號，該總的信號流向PWM模塊，并觸發調制信號；最后經PWM模塊輸出開關驅動信號，該信號經驅動電路后控制并網逆變器開關管的接通與關斷，進而控制并網逆變系統輸出電流的幅值、相位以及電流質量。

所述PCI控制器的數學模型為：

系統對應PCI控制時閉環傳遞函數為：

其中ω為電網頻率，ω₀為給定交流頻率、K為PWM等效增益、I_ref(s)為指定電流參考量、I₀(s)為電流輸出量；

PCI控制時系統閉環傳函的幅頻特性和相頻特性，分別為

所述重復控制器的數學模型為：