[發明專利]一種基于PC-QPCI的LCL并網逆變器混合阻尼的實現方法

有效

• 申請號: 201810352259.0
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108667068B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 王曉寰;楊慶收;張瑩;王書光;張純江
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

1.一種基于PC-QPCI的LCL并網逆變器混合阻尼的實現方法，其特征在于，

該方法內容包括以下步驟：

步驟1、構建一臺三相并網逆變器主電路系統；其具體實施步驟為：

三相并網逆變器主電路結構主要由三部分組成：六個功率開關器件、LCL濾波器和網側電抗；其中六個功率開關器件組成三相半橋結構，LCL濾波器用于濾除功率開關器件輸出的高次電壓諧波，網側電抗用于模擬長距離傳輸的線路阻抗；

步驟2、利用雙二階廣義積分器的鎖相環得到公共耦合點三相電壓的相角，并生成參考電流；其具體實施步驟為：

由雙二階廣義積分器的鎖相環的具體結構，所得到的相角θ_PLL用于生成參考電流：

(1)式中i_{ref_α}和i_{ref_β}分別為αβ軸的參考電流；I_ref為參考電流的有效值；θ_PLL為鎖相環輸出的相角；

步驟3將并網電感電流、電容電流和公共耦合點電壓進行坐標變換，并得到αβ坐標系下的主電路模型；其具體實施步驟為：

由于三相系統中3k次諧波含量很低，而其他次諧波的三相電壓或電流的瞬時值之和為零，這里k為整數；因此三相系統中實際上只有兩個獨立的變量，因此可以結合電機中實際存在的空間位置進行坐標變換；采用等功率變換，有：

(2)式中i_gα和i_gβ分別為αβ坐標系下αβ軸的網側電感電流；i_ga，i_gb和i_gc分別為abc坐標系下網側三相電感電流；

(3)式中i_Cα和i_Cβ分別為αβ坐標系下αβ軸的電容電流；i_Ca，i_Cb和i_Cc分別為abc坐標系下三相電容電流；

(4)式中U_{pcc_α}和U_{pcc_β}分別為αβ坐標系下αβ軸的公共耦合點電壓；U_{pcc_a}，U_{pcc_b}和U_{pcc_c}分別為abc坐標系下公共耦合點電壓；

由上面坐標變換得到了新坐標系下的變量，從坐標變換可以看出變換過程只涉及數值上的加減，兩軸之間變量并不會產生耦合，因此αβ坐標系下的主電路模型和abc坐標系下的主電路模型一致，以α軸為例，分別選取電感電流和電容電壓為狀態變量可以得到(5)式：

(5)式中U_{pwm_α}為逆變器α軸輸出電壓；V_{C_α}為α軸電容電壓；i_1α為α軸逆變器側電感電流；i_gα為α軸的網側電感電流；U_{pcc_α}為α軸公共耦合點電壓；

利用(5)式變量之間的關系可以得到αβ坐標系下主電路結構；

步驟4、將αβ坐標系下的參考電流和αβ坐標變換后的逆變器入網電流進行做差，該誤差作為PC-QPCI的輸入量；因此有：

(6)式中i_eα和i_eβ分別為αβ軸參考電流與網側電流之差；i_{ref_α}和i_{ref_β}分別為αβ軸的參考電流；i_gα和i_gβ分別為αβ坐標系下αβ軸的網側電感電流；

步驟5、為了提高系統響應速度從PCC點處引入電壓前饋，將PC-QPCI的輸出電流加上通過電壓前饋控制器的輸出信號作為內環參考電流，再用內環參考電流減去αβ坐標變換后經過反饋函數的電容電流和電網電流，得到兩個調制信號U_{pwm_α}和U_{pwm_β}；因此有：

(7)式中i_{iref_α}和i_{iref_β}分別為αβ軸內環參考電流；i_eα和i_eβ分別為αβ軸參考電流與網側電流之差；G_c(s)為電流外環基波PC-QPCI；G_f(s)為公共耦合點電壓前饋函數；

其中：

(8)式中K_P為比例系數，K_r為積分系數，a和b為αβ坐標系下兩軸之間的耦合系數；ω₀為基波角頻率；ω_c為通頻帶寬系數，j為復數單位，s為拉普拉斯算子；

(9)式中K_pwm為逆變器的放大倍數，與載波信號的幅值有關，本發明選擇為400；ω₀為基波角頻率；ω_c為通頻帶寬系數，j為復數單位，s為拉普拉斯算子。

當考慮電網背景諧波時，需要增加與基波控制器并聯的諧波PC-QPCI來抑制入網諧波電流；當電網電壓諧波為6k+1次諧波時為正序諧波，此時i_α＝ji_β；當電網電壓諧波為6k+1次諧波時為負序諧波，此時i_α＝-ji_β；因此可以利用兩軸之間變量關系引入耦合；

(10)式中K_c為電容電流反饋系數，本發明選擇為0.04；H_ad(s)為內環網側電流反饋函數；

其中：

(11)式中K_ad為常數；τ為函數H_ad(s)的時間常數；

步驟6、兩個調制信號U_{pwm_α}和U_{pwm_}經過坐標變換得到三相調制信號，與三相載波控制信號比較控制三相半橋逆變器功率管的開通和關斷；其最終輸出作為逆變器功率開關管的控制信號；

在實際控制中需要把得到的兩相調制信號U_{pwm_α}和U_{pwm_}經過反坐標變換得到三相調制信號：

三相調制信號與三相載波進行比較得到逆變器功率開關管的控制信號。