[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

本發明屬于新能源并網逆變器系統魯棒性控制領域，提出了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。首先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；然后通過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；接著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。最終使系統擁有足夠的相位裕度以適應弱電網的變化，提升了系統在弱電網中的魯棒性。

技術領域

本發明屬于新能源并網逆變器系統魯棒性控制領域，尤其涉及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。

背景技術

隨著常規化石能源的枯竭以及環境污染的加重，光伏和風力發電等可再生能源受到了廣泛的關注?？稍偕茉吹闹饕_發和利用途徑是分布式發電，并網逆變器作為連接發電系統和電網的核心裝置，受到廣泛關注。

為了保證并網電流符合相關標準的要求，經常采用逆變器級聯L濾波器或者LC濾波器的方式，但該種方式會導致濾波電感體積龐大，造價高昂。目前常見的做法是采用LCL濾波器來代替，可以做到有效減小體積的目的以及獲得更好性能。但是LCL濾波器作為三階系統在特定頻率處存在諧振尖峰，這會導致入網電流振蕩，給控制帶來困難。針對這一問題，目前常用的有三種有源阻尼方法：電容電流和并網電流雙閉環控制方法，基于濾波器與電流調節器串聯方法，系統降階方法。其中系統降階方法可將系統階次從三階降至一階，極大降低了系統控制難度，因其參數設計簡單靈活、控制帶寬較高而得到了廣泛應用。

系統降階方法在忽略系統延時的情況下，可取得不錯的控制效果。但是在實際數字控制系統中，延時是不可避免的，它會極大地影響系統魯棒性，對電網阻抗變得敏感，使得應用困難。因此在系統降階方法的基礎上，如何對系統延時進行補償，既可以保留原方法的優點，又可以增強系統穩定性，成為一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供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，旨在補償系統的數字延時，解決在數字控制系統中并網系統魯棒性差的問題。

考慮到分數階控制器具有更好的控制效果和更廣的應用范圍，本發明在LCL型并網逆變器系統優化問題上，引入分數階微分補償器，利用其獨特的擬合特性實現控制性能的優化。

本發明采取的技術方案是：提供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，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的參數設計結果。

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。

優選地，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：