[發(fā)明專利]一種逆變器的電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)PI參數(shù)配置方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110614906.2
• 申請(qǐng)日: 2021-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN113224797B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田震;傅曉錦;呂菁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電機(jī)學(xué)院
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/01;H02M7/48
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 王一琦

本發(fā)明公開了一種逆變器的電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)PI參數(shù)配置方法，包括如下步驟：設(shè)置電流環(huán)的截止頻率在逆變器開關(guān)頻率對(duì)應(yīng)的角頻率的10％至20％的范圍內(nèi)，以滿足工程上簡(jiǎn)化傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)的條件，采用極點(diǎn)配置法整定電流環(huán)PI參數(shù)，引用變量n構(gòu)造電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)中零極點(diǎn)間的聯(lián)系，通過(guò)近似因式分解法化簡(jiǎn)電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)，用振蕩指標(biāo)法對(duì)電壓環(huán)PI參數(shù)進(jìn)行整定。從而解決使用典型系統(tǒng)配置法進(jìn)行PI參數(shù)整定過(guò)程中因受到電感參數(shù)及電流參數(shù)限制而無(wú)法使用該方法的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源電力系統(tǒng)與微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是一種逆變器的電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)PI參數(shù)配置方法。

背景技術(shù)

新能源并網(wǎng)或孤島運(yùn)行時(shí)必須滿足相關(guān)要求，如諧波含量，電壓偏差，電壓波動(dòng)，電壓閃變等。其中諧波含量一直以來(lái)都是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。新能源常采用LC/LCL濾波器進(jìn)行濾波，但是無(wú)論是LC濾波器還是LCL濾波器都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的諧振峰值，通常解決的方法是采用無(wú)源阻尼法或有源阻尼法，無(wú)源阻尼即是在電容器中串聯(lián)電阻來(lái)削弱諧振峰值，這種方法會(huì)降低系統(tǒng)的運(yùn)行效率，還會(huì)因電阻發(fā)熱影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。有源阻尼則是通過(guò)增加控制系統(tǒng)的阻尼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于這種方法將逆變器及濾波器看作被控對(duì)象，通過(guò)對(duì)輸出的電壓或電流進(jìn)行控制使之能減小與參考值的誤差，如果雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的PI參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法輸出理想中的波形。但是目前關(guān)于電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)PI參數(shù)配置方法均存在不同情況的問(wèn)題，因此一種能夠彌補(bǔ)原有方法缺陷的雙閉環(huán)PI參數(shù)配置方法顯得格外重要。

經(jīng)檢索，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201610408203.3的專利，公開了一種采用粒子群算法計(jì)算電壓電流雙閉環(huán)控制器PI參數(shù)的方法，通過(guò)對(duì)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率等狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)粒子群算法進(jìn)行迭代尋優(yōu)，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)PI參數(shù)。上述專利中用于電壓電流雙閉環(huán)PI參數(shù)整定方法存在以下不足：在線計(jì)算對(duì)硬件的要求極高，并且在應(yīng)用電壓電流雙閉環(huán)控制器進(jìn)行新能源發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)及孤島運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)大量使用，采用這種方法會(huì)大大增加成本及設(shè)備的復(fù)雜度，也會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，另外無(wú)論采用粒子群算法還是遺傳算法計(jì)算的結(jié)果都具有隨機(jī)性，極容易陷入局部最優(yōu)解。而傳統(tǒng)方法均有不同的缺陷，如上述方法實(shí)際上是利用赫爾維茨判據(jù)及李納德-戚帕特穩(wěn)定判據(jù)的雙閉環(huán)控制器參數(shù)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)使特征方程等于零來(lái)構(gòu)造赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)所需的行列式，但是求解含參行列式的過(guò)程計(jì)算量偏大。所以，一般通過(guò)粒子群算法或遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu)。還有一種采用極點(diǎn)配置法進(jìn)行參數(shù)整定的方法，由于忽略了一個(gè)閉環(huán)零點(diǎn)，參數(shù)配置需要反復(fù)試湊，且電流環(huán)必須采用P控制器，無(wú)法采用PI控制器。還有一種方法采用典型系統(tǒng)配置法，但是應(yīng)用時(shí)會(huì)受到濾波器參數(shù)限制，導(dǎo)致無(wú)法滿足工程上的近似化簡(jiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種逆變器的電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)PI參數(shù)配置方法，是為了解決使用典型系統(tǒng)配置法進(jìn)行PI參數(shù)整定過(guò)程中因受到電感參數(shù)及電流參數(shù)限制而無(wú)法使用該方法的問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種逆變器的電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)PI參數(shù)配置方法，包括如下步驟：設(shè)置電流環(huán)的截止頻率在逆變器開關(guān)頻率對(duì)應(yīng)的角頻率的10％至20％的范圍內(nèi)，以滿足工程上簡(jiǎn)化傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)的條件，采用極點(diǎn)配置法整定電流環(huán)PI參數(shù)，引用變量n構(gòu)造電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)中零極點(diǎn)間的聯(lián)系，通過(guò)近似因式分解法化簡(jiǎn)電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)，用振蕩指標(biāo)法對(duì)電壓環(huán)PI參數(shù)進(jìn)行整定。

進(jìn)一步地，提出了如下關(guān)系式：

式中，L₁和C分別代表逆變器側(cè)濾波電感值及濾波電容值，ω_cc電流環(huán)的截止頻率；

當(dāng)滿足上述關(guān)系式時(shí)，可認(rèn)為輸出電壓U_od相對(duì)于電流環(huán)的輸出U_d來(lái)說(shuō)是一個(gè)較慢的擾動(dòng)，LC濾波器的傳遞函數(shù)與輸出電壓U_od負(fù)反饋構(gòu)成的閉環(huán)傳遞函數(shù)可近似等效為開環(huán)傳遞函數(shù)。