[發明專利]基于分數階微分補償器的LCL型并網逆變器系統優化方法

在審

• 申請號: 202210994497.8
• 申請日: 2022-08-18
• 公開（公告）號: CN115360753A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 王慶義;雷雨迪;周丹;何濤;高宇峰
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 張磊

1.一種基于分數階微分補償器的LCL型并網逆變器系統優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

建立基于分數階微分補償器的LCL型并網逆變器系統數學模型；

根據系統數學模型，得到系統反向諧振峰頻率與電網阻抗的關系；

分析逆變器系統開環傳遞函數的諧振零極點，得到分數階微分補償器參數設計條件；

將參數設計條件代入分數階微分補償器表達式，得到分數階微分補償器參數設計結果；

根據分數階微分的頻域特性和擬合特性，得到分數階微分補償器的擬合頻段和擬合階次設計結果。

2.根據權利要求1所述的基于分數階微分補償器的LCL型并網逆變器系統優化方法，其特征在于，基于分數階微分補償器的LCL型并網逆變器系統數學模型為以下開環傳遞函數，用第一表達式表示：

上式中，L₁為逆變器側電感，L₂為網側電感，C為濾波電容，共同構成了LCL型逆變器，R_d為阻尼電阻，在公共耦合點PCC處的電網阻抗為純電感L_g，β和1-β為電流加權系數，K_PWM＝v_in/v_tri表示代表逆變器電壓放大倍數，v_tri是三角載波振幅，v_in表示逆變器的輸入直流母線電壓，G_f(s)為PCC電壓前饋函數，G_d(s)代表數字延遲環節，其傳遞函數為第二表達式：

其中，T_s代表系統的采樣時間；

G_i(s)表示PI電流調節器，數學表達式為第三表達式；

其中，K_p為比例系數，K_r為積分時間常數；

取G_f(s)和β分別滿足第四表達式和第五表達式：

G_c(s)為分數階微分補償器，數學表達式為第六表達式：

G_c(s)＝Ks^μ,μ∈(0,1)

其中，K為微分時間常數，μ為微分階次。

3.根據權利要求2所述的基于分數階微分補償器的LCL型并網逆變器系統優化方法，其特征在于，所述根據系統數學模型，得到系統反向諧振峰頻率與電網阻抗的關系的步驟，包括：

將第四表達式和第五表達式代入第一表達式，得到逆變器系統開環傳遞函數為第七表達式：

逆變器開環傳遞函數存在一對共軛諧振零點，該共軛諧振零點造成了幅頻特性中反向諧振峰的出現；

令第七表達式的分子諧振項幅值為零，即得到第八表達式：

可得隨L_g變化的反向諧振頻率為第九表達式：

可見反向諧振頻率f_rx隨著電網阻抗的變化而變化，并網系統魯棒性隨著電網阻抗增大而降低。

4.根據權利要求3所述的基于分數階微分補償器的LCL型并網逆變器系統優化方法，其特征在于，所述分析逆變器系統開環傳遞函數的諧振零極點，得到分數階微分補償器參數設計條件的步驟，包括：

由第七表達式可知，導致諧振零極點無法消除的根源在于1-G_c(s)G_d(s)；

為了使1-G_c(s)G_d(s)的幅值在反向諧振頻率處近似等于零，分數階微分補償器G_c(s)在f_rx-min處的幅值為1，逆變器開環傳遞函數在f_rx-min處存在相位跳變，為了維持并網系統的穩定性，分數階微分補償器在f_rx-min處提供的超前相位角，可完全抵消延數字延遲環節G_d(s)引入的相位滯后；

因此分數階微分補償器的參數設計條件，設為第十表達式：

其中，f_rx-min為電網阻抗最大值對應的反向諧振頻率。