[發明專利]一種復雜電網阻抗下基于LCL濾波并網逆變器的改進無源控制系統及方法

在審

• 申請號: 202011048423.2
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112260279A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 黃敏;章志誠;陳凡;張天明
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02M7/5387;H02M1/12;H02J3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種復雜電網阻抗下基于LCL濾波并網逆變器的改進無源控制系統，其特征在于：包括交流電源模塊、電壓信號采集傳感器、鎖相環、電流信號采集傳感器、無源控制器、逆變器、直流電源、LCL濾波器；

直流電源與逆變器輸入側用導線連接；逆變器輸出側與LCL濾波器用導線連接；LCL濾波器與交流電源用導線連接；逆變器輸出側與電流信號采集傳感用導線連接；交流電源與電壓信號采集傳感器用導線連接；電壓信號采集傳感器與鎖相環用導線連接；鎖相環與無源控制器用導線連接；電流信號采集傳感器與控制器用導線連接；無源控制器與逆變器用導線連接；

使用一種復雜電網阻抗下基于LCL濾波并網逆變器的改進無源控制系統進行控制的方法包括以下步驟：

(1)建立電路模型：基于基爾霍夫電壓電流定律建立并網逆變器系統電路模型L₁為逆變器輸出側電感，考慮到系統參數漂移，所以設置L_1e為控制器中L₁的給定值，i_1k是流過電感L₁的三相電流，R₁是電感L₁的寄生電阻，R_1e為控制器中R₁的給定值，u_Ck是電容C兩端電壓，u_ik是逆變器輸出電壓；

(2)坐標變換：鑒于步驟(1)中建立的電路模型在三相靜止坐標系下的變量多，不利于進行控制系統的設計，因此對步驟(1)中的建立的電路模型進行dq坐標變換，實現采用逆變器輸出側電流進行控制的目的：

其中，ω是電網角頻率，i_1d、i_1q、u_Cd、u_Cq分別是逆變器側電流和電容C在dq軸的分量；

(3)建立歐拉拉格朗日無源系統模型：根據無源控制理論，建立歐拉拉格朗日無源系統模型其中M為正定矩陣，J＝-J^T為反對稱矩陣，R為耗散矩陣，u為控制率，各矩陣表達式為x＝[i_1d i_1q]^T，

(4)定義參考變量和誤差量：定義參考變量x^*和誤差量x_e，x_e＝x^*-x，

(5)注入阻尼：為了加快系統能量的耗散，保證系統又更強的穩定性，需要注入阻尼R_d，

R_d＝diag{r₁,r₁}，

(6)求出控制率：令ξ＝Jx_e，消除部分耦合，同時穩態時x_e＝0，求出控制率u，并繪制控制框圖；

(7)建立系統導納模型：根據逆變器輸出導納分析系統穩定性，確定阻尼參數的范圍，關系如下：

(8)求逆變器輸出導納：化簡各變量之間的關系，考慮采樣和計算延時為1.5拍，如下所示：

其中E＝sL_1e+R_1e+r₁；

兩組矩陣聯立解出i_1dq，u_Cdq之間的矩陣關系以及G(s)矩陣、Y(s)矩陣如下：

其中，d-q軸的耦合相可以忽略；

(9)確定阻尼r₁范圍：根據逆變器輸出導納穩定性判據，當G(s)沒有右半平面的的零點的條件下，逆變器輸出導納Y與電網導納Y_g(包含L₂，C)的Bode幅值曲線相交點處的相位差應在[-180°，180°]之間系統穩定；在容性電網的條件下電網阻抗Y_g為根據輸出導納與電網導納的Bode圖確定阻尼r₁合適的范圍；

(10)拓寬無源區域：單純設置阻尼不足以保證系統的穩定，由于諧振最主要的特點是電容電流急劇增加，所以加入了電容電流比例反饋環進行改進，K為反饋系數，K₁為常數，根據關系式：

I_Cdq＝sCu_Cdq，

K＝K₁(1-e^-0.5Ts)，

得到加入電容電流反饋環之后的逆變器輸出導納Y₁如下：

加入電容電流反饋環之后，逆變器控制輸出導納在Nyquist頻率下的相位在[-90°,90°]之間，而電網導納的相位也總是在[-90°,90°]之間，保證了二者相位差絕對值不會超過180°，因此保證了系統的穩定性。