[發(fā)明專利]逆變器自適應(yīng)諧振抑制的電容電流反饋系數(shù)求取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110529025.0
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113381592B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫向東;劉江;張藝豪;任碧瑩;張琦
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02J3/38;H02J3/01;G06F17/10
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

1.逆變器自適應(yīng)諧振抑制的電容電流反饋系數(shù)求取方法，其特征在于：以LCL型并網(wǎng)逆變器作為控制對象，當(dāng)電網(wǎng)阻抗發(fā)生波動時，LCL濾波器諧振頻率發(fā)生改變，固定的電容電流反饋系數(shù)不滿足寬范圍的電網(wǎng)阻抗變化；通過電網(wǎng)阻抗的估計，并運用簡化的勞斯判據(jù)得到電容電流反饋系數(shù)H1的取值范圍，從而實現(xiàn)在線自適應(yīng)調(diào)節(jié)反饋系數(shù)大小，應(yīng)對寬范圍的電網(wǎng)阻抗變化，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；具體按照以下四個步驟實施：

步驟1：建立LCL型并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出電容電流反饋方法抑制諧振的開環(huán)傳遞函數(shù)；具體為：

針對兩電平逆變器、T型三電平逆變器電壓源型逆變電路拓撲，其電網(wǎng)側(cè)電感L_xm由L_xg和L_x2兩部分構(gòu)成，計算公式如下：

L_xm＝L_x2+L_xg (1)

其中，L_x2為LCL濾波器的電網(wǎng)側(cè)電感，L_xg為電網(wǎng)線路可變電感；

在并網(wǎng)電流比例控制的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)G_open(s)為：

寫出主電路在s域下的傳遞函數(shù)，s域是指復(fù)頻域，其中變量s為復(fù)頻率，H₁為電容電流反饋系數(shù)，G_p為比例控制系數(shù)，G_inv為逆變器的傳遞函數(shù)，G_inv為延遲系數(shù)G_d和K_pwm的乘積，G_d延遲控制系數(shù)，K_pwm為增益系數(shù)；C_x為LCL濾波器的電容，L_x1為LCL濾波器的逆變側(cè)電感，H₂為并網(wǎng)電流反饋系數(shù)；由于電阻對諧振有阻尼作用，電網(wǎng)阻抗會帶來最壞的影響，因此忽略電網(wǎng)電阻；

步驟2：對勞斯判據(jù)進行分析與合理簡化；具體為：

為了處理電網(wǎng)阻抗實時變化的問題，得到應(yīng)對電網(wǎng)阻抗變化的自適應(yīng)電容電流反饋系數(shù)，利用簡易勞斯判據(jù)進行在線穩(wěn)定性判斷；

假定，在s域中系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)如下所示：

a₀sⁿ+a₁s^n-1+a₂s^n-2+...+a_ns⁰＝0 (3)

其中，a_x是多項式的系數(shù)，x＝1,2,...,n；其系數(shù)作為一組勞斯數(shù)組，sⁿ、s^n-1、s^n-2、…s⁰為s域下傳遞函數(shù)的各個階數(shù)，c_1，n+1為根據(jù)勞斯表所計算出來的系數(shù)；按照表1進行排列；

表1勞斯表

勞斯判據(jù)判斷穩(wěn)定性的充要條件是表1中第一列系數(shù)全為正數(shù)；然而，在排列表1時會出現(xiàn)兩種特殊情況：

情況(1)為表1中第一列系數(shù)出現(xiàn)0，但其它列系數(shù)不全為0的情況；針對這種情況，將第一列系數(shù)中的0替換為一個很小的正數(shù)ε，按照表1中的公式繼續(xù)計算其余系數(shù)；

情況(2)為表1中任意一行系數(shù)全部為0的情況；針對這種情況，選該全零行的上一行的所有系數(shù)重新構(gòu)建一個輔助方程，將輔助方程對s進行求導(dǎo)，得出的導(dǎo)數(shù)方程系數(shù)替換該全零行；

實際系統(tǒng)運用過程中，當(dāng)情況(1)出現(xiàn)時，未知控制參數(shù)之間的代數(shù)運算越來越復(fù)雜；針對這種情況提出簡易的勞斯判據(jù)；

步驟3：求取閉環(huán)傳遞函數(shù)和系統(tǒng)特征方程，運用簡化的勞斯判據(jù)進行在線穩(wěn)定性分析，獲得電容電流反饋系數(shù)H₁的取值范圍；具體為：

根據(jù)LCL型并網(wǎng)逆變器模型的開環(huán)傳遞函數(shù)，得出其閉環(huán)傳遞函數(shù)Ф(s)如下所示：

該系統(tǒng)的特征方程如下所示：

a₀s³+a₁s²+a₂s¹+a₃s⁰＝0 (5)

其中，a₀＝L_x1L_xmC_x,a₁＝L_xmC_xH₁G_inv；

a₂＝L_x1+L_xm,a₃＝H₂G_invG_p；

因此，將該系統(tǒng)的系數(shù)按照表1的規(guī)則進行排列，得到表2，進行在線穩(wěn)定性分析，得出電容電流反饋系數(shù)取值范圍；

表2考慮電網(wǎng)阻抗的LCL濾波器閉環(huán)傳函勞斯表

若要實現(xiàn)該系統(tǒng)穩(wěn)定，表2中第一列系數(shù)需大于0，其具體表達式為：

對(6)式進行化簡可得：

步驟4：得到電容電流反饋系數(shù)H₁的最終取值；

由式(7)得出，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時電容電流反饋系數(shù)H₁的范圍，根據(jù)該式在實際運用中選取合適的H₁有效地抑制系統(tǒng)振蕩；當(dāng)電網(wǎng)阻抗發(fā)生變化時，實時調(diào)節(jié)H₁的值來抑制系統(tǒng)振蕩，使系統(tǒng)一直運行在穩(wěn)定狀態(tài)下；由于忽略電網(wǎng)電阻，但是電網(wǎng)電阻對諧振有抑制作用，因此電容電流反饋系數(shù)H₁最終的取值為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器自適應(yīng)諧振抑制的電容電流反饋系數(shù)求取方法，其特征在于：所述步驟2中，簡易的勞斯判據(jù)為：當(dāng)ε出現(xiàn)時，在下一項操作中直接消除分子含ε的項；這是因為在勞斯穩(wěn)定性判據(jù)中，ε是一個非常小的正數(shù)，它出現(xiàn)在分子上時，在判斷第一列系數(shù)是否全大于0時，該項將會減小到0；與ε項相比，常數(shù)項才是影響正負的關(guān)鍵，所以在表1中，考慮常數(shù)項的正負值，分子為ε的系數(shù)直接為0；對于分母中的ε，除去帶ε的項還存在其他常數(shù)項，則分母中帶ε的項直接去除；運用該方法，簡化計算過程，且不影響穩(wěn)定性的判斷結(jié)果。