[發(fā)明專利]弱電網(wǎng)下基于阻抗自適應(yīng)的電壓前饋滯后補(bǔ)償控制方法

有效

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• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN107895966B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張興;李明;楊瑩;管瑋琦;張行;張海崢;李飛
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發(fā)明公開了一種弱電網(wǎng)下基于電網(wǎng)阻抗自適應(yīng)的電網(wǎng)電壓前饋滯后補(bǔ)償控制方法。本發(fā)明針對弱電網(wǎng)情況下采用傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓直接前饋控制導(dǎo)致的并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性問題，通過辨識(shí)電網(wǎng)阻抗的大小，實(shí)現(xiàn)基于電網(wǎng)阻抗自適應(yīng)的電網(wǎng)電壓前饋滯后補(bǔ)償控制，即：當(dāng)電網(wǎng)阻抗較大時(shí)在電網(wǎng)電壓前饋通道上添加截止頻率較低的低通濾波器，而當(dāng)電網(wǎng)阻抗較小時(shí)在電網(wǎng)電壓前饋通道上添加截止頻率較高的低通濾波器。本發(fā)明不僅保留了傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓前饋控制抑制電網(wǎng)背景諧波的能力，而且大幅增加了并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)阻抗大幅變化情況下的穩(wěn)定性，改善了并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的控制方法，尤其是涉及一種弱電網(wǎng)下基于阻抗自適應(yīng)的電壓前饋滯后補(bǔ)償控制方法。

背景技術(shù)

三相并網(wǎng)逆變器作為一種功率變換裝置，在連接風(fēng)力發(fā)電、光伏等分布式電源與交流電網(wǎng)的過程中，發(fā)揮著越來越關(guān)鍵的作用。考慮到可再生能源空間分布特點(diǎn)與成本等因素，這些分布式電源大多處在沙漠、海島等偏遠(yuǎn)地區(qū)，由于長輸電線路以及變壓器的影響，電網(wǎng)呈現(xiàn)出高阻抗的弱電網(wǎng)特性。在這種情況下，逆變器與電網(wǎng)之間會(huì)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的互聯(lián)系統(tǒng)，造成逆變器控制系統(tǒng)帶寬下降，并影響其控制穩(wěn)定性。另外，電網(wǎng)中非線性負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致實(shí)際電網(wǎng)電壓中存在大量低次的背景諧波，這種畸變的電網(wǎng)電壓對于逆變器來說是一種實(shí)時(shí)擾動(dòng)，而通過傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓比例前饋控制可以有效補(bǔ)償電網(wǎng)背景諧波導(dǎo)致的電流諧波，增強(qiáng)并網(wǎng)變流器的抗擾能力，并減小了逆變器啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊。

然而，弱電網(wǎng)條件下若采用傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓前饋控制會(huì)對并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。目前，有學(xué)術(shù)論文對此做了深入的理論分析，并提出了相應(yīng)的方案來解決此類問題，但是均存在一些缺陷。例如：

1)許津銘、謝少軍和唐婷發(fā)表于2014年8月25日《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》第34卷第24期上的《弱電網(wǎng)下LCL濾波并網(wǎng)逆變器自適應(yīng)電流控制》，該文指出弱電網(wǎng)下電網(wǎng)電壓比例前饋會(huì)形成正反饋通道，大幅降低并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定裕度，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，該文提出一種基于電網(wǎng)阻抗測量的自適應(yīng)電流控制方法。但是，該方法依賴于準(zhǔn)確的電網(wǎng)阻抗值，導(dǎo)致算法比較復(fù)雜，此外所提穩(wěn)定補(bǔ)償方案含有微分環(huán)節(jié)，在工程應(yīng)用中會(huì)面臨噪聲干擾的問題。

2)徐飛、湯雨和谷偉發(fā)表于2016年9年20日《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》第36卷18期上的《弱電網(wǎng)條件下LCL型并網(wǎng)逆變器諧振前饋控制策略研究》，該文提出了利用二階廣義積分器實(shí)現(xiàn)帶通濾波特性的改進(jìn)前饋控制方法，以提高弱電網(wǎng)下系統(tǒng)的穩(wěn)定性，然而，該方法會(huì)大幅增加并網(wǎng)逆變器電流指令階躍等動(dòng)態(tài)過程中的超調(diào)量，惡化了并網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

3)錢強(qiáng)、謝少軍和季林等發(fā)表于2016年11月20日《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》第36卷第22期上的《一種提升逆變器對電網(wǎng)適應(yīng)能力的電流控制策略》，該文通過降低電網(wǎng)電壓的前饋增益以提高并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定裕度，在一定程度上改善了并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性，但是，該方法會(huì)使并網(wǎng)逆變器基波增益大幅降低，不利于電流基波指令的跟蹤，增加了并網(wǎng)電流反饋值和指令值之間的穩(wěn)態(tài)誤差；并且，該方案同時(shí)會(huì)降低并網(wǎng)逆變器的動(dòng)態(tài)性能，不適用于動(dòng)態(tài)性能要求高的場合。

綜上所述，針對弱電網(wǎng)情況下采用傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓直接前饋控制造成并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性大幅降低的問題，現(xiàn)有技術(shù)存在以下問題：

(1)現(xiàn)有基于電網(wǎng)阻抗測量的自適應(yīng)電流控制方法依賴于準(zhǔn)確的電網(wǎng)阻抗值，導(dǎo)致算法比較復(fù)雜，并且由于穩(wěn)定補(bǔ)償方案含有微分環(huán)節(jié)，在工程應(yīng)用中會(huì)面臨噪聲干擾的問題；

(2)現(xiàn)有利用二階廣義積分器實(shí)現(xiàn)帶通濾波特性的改進(jìn)前饋控制方法會(huì)大幅增加并網(wǎng)逆變器電流指令階躍等動(dòng)態(tài)過程中的超調(diào)量，惡化了并網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；

(3)現(xiàn)有通過降低電網(wǎng)電壓前饋增益的方法會(huì)使并網(wǎng)逆變器基波增益大幅降低，不利于電流基波指令的跟蹤，增加了并網(wǎng)電流反饋值和指令值之間的穩(wěn)態(tài)誤差，并降低了并網(wǎng)逆變器的動(dòng)態(tài)性能，不適用于動(dòng)態(tài)性能要求高的場合；