本發(fā)明涉及控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種LCCL型光伏并網(wǎng)逆變器dq軸解耦控制設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

能源是人類生產(chǎn)生活中的動力來源。當(dāng)今人類所使用的能源以一次能源為主，如石油、煤炭、天然氣等不可再生的化石能源。由于環(huán)境污染日益加劇和化石能源的不斷緊缺，風(fēng)能、太陽能、潮汐能等具有可再生、無污染、綠色環(huán)保等特點(diǎn)的新能源已經(jīng)成為當(dāng)今研究的重點(diǎn)。在新能源發(fā)電過程中，由于電網(wǎng)電壓是恒定的交流電，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出為頻率隨風(fēng)速變化的交流電，太陽能電池輸出的是直流電，所以，并網(wǎng)逆變器就成為了新能源發(fā)電系統(tǒng)中的一個重要組成部分。

光伏發(fā)電并網(wǎng)中，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)特性就由逆變器起著引導(dǎo)作用。在電力系統(tǒng)中仿真模型參數(shù)計算的準(zhǔn)確性對系統(tǒng)的分析至關(guān)重要。然而參數(shù)選取的有效方法是對仿真測量數(shù)據(jù)通過逆變器模型的辨識而獲得。通過建模仿真獲得較好的模型參數(shù)，基于LCCL型光伏并網(wǎng)逆變器采用SVPWM控制，其LCCL濾波器具有更強(qiáng)的諧波抑制能力，減小阻尼損耗，提高電網(wǎng)電流質(zhì)量。在光伏并網(wǎng)逆變器中，采用逆變器輸出電流的矢量控制方法來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)有功分量、無功分量的控制。在實(shí)際控制中，當(dāng)并網(wǎng)逆變器的輸出電流與電網(wǎng)側(cè)電壓相位相同時，則實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)的運(yùn)行；否則當(dāng)并網(wǎng)逆變器控制其輸出的電流相位超前于電網(wǎng)側(cè)電壓相位，其并網(wǎng)逆變器的輸出為有功分量與無功分量。在電流矢量控制過程中有功分量和無功分量具有耦合性，采用基于PI控制器的dq軸參數(shù)解耦辨識控制方法完成解耦控制。本發(fā)明提出了基于LCCL型濾波器的無源阻尼控制方式，該濾波器濾除電流中的諧波分量，提高波形質(zhì)量，從而得到更理想的電流參考量，該電流參考量為改進(jìn)的解耦控制提供了基礎(chǔ)。并改進(jìn)了解耦控制方法，改進(jìn)后的解耦控制方法采用dq軸參考量代替dq軸解耦分量。該方法提高了并網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種LCCL型光伏并網(wǎng)逆變器dq軸解耦控制設(shè)計方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題；為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種LCCL型光伏并網(wǎng)逆變器dq軸解耦控制設(shè)計方法，包括以下步驟：首先介紹傳統(tǒng)解耦控制方法，三相靜止坐標(biāo)系中，定義矢量X_abc＝(x_a,x_b,x_c)^T，E_abc,U_abc,I_abc分別為電網(wǎng)電壓矢量、逆變器橋側(cè)電壓矢量與并網(wǎng)電流矢量，由于LCCL型與L型濾波器在低頻段輸出特性基本一致，則逆變器的電壓方程可以表示為：

式中R為電感的等效串聯(lián)電阻。

當(dāng)只考慮三相平衡系統(tǒng)時，三相系統(tǒng)可以簡化成兩相系統(tǒng)，將三相abc坐標(biāo)系下的模型轉(zhuǎn)換成αβ坐標(biāo)系下的模型，即：

X_αβ＝TX_abc (2)

式中，變換矩陣T為：

X_αβ—矢量，X_αβ＝(x_α，x_β)^T。

則在αβ坐標(biāo)系下的方程為：

再將αβ坐標(biāo)系下的模型轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下，即：

X_dq＝T(θ)X_αβ (5)

式中，變換矩陣T(θ)為：

X_dq—矢量，X_dq＝(x_d，x_q)^T。

結(jié)合式(5)、式(6)并進(jìn)行相應(yīng)的變化可得到dq坐標(biāo)系下的方程為：

式中ω₀為同步旋轉(zhuǎn)角速度，且ω₀＝dθ/dt。

由式(7)可得：

由式(8)可知，d、q軸之間存在著耦合，其中任何一個量的調(diào)節(jié)必然會影響到另一個量，為了實(shí)現(xiàn)的d、q軸解耦控制，必須消除他們之間的耦合項(xiàng)。PI電流控制中常采用前饋解耦控制策略，將耦合項(xiàng)前饋到前面的控制信號端；電網(wǎng)電壓看作外界擾動，可以通過電壓分量的前饋來消除或盡可能的減弱電網(wǎng)電壓變化對并網(wǎng)電流的影響，同時電壓分量的前饋也減輕PI控制器的負(fù)擔(dān)。SVPWM調(diào)制的PI控制器的給定信號為：

改進(jìn)前的并網(wǎng)電流解耦控制方法是在dq軸PI控制器后的輸出上分別加入電網(wǎng)電流交軸分量i_d和直軸分量i_q與總濾波電感感抗w₀L的乘積，這種方法中電網(wǎng)電流存在諧波時，會使電網(wǎng)電流dq軸分量產(chǎn)生脈動，i_d和i_q中的脈動影響解耦分量，使得-w₀Li_q和w₀Li_d也將會存在脈動，進(jìn)而影響到u_d*和u_q*中脈動的產(chǎn)生，很大程度的降低了電網(wǎng)電流的波形質(zhì)量，在解耦過程中，參考電壓u_d*和u_q*的值由解耦分量-w₀Li_q和w₀Li_d、參考電流i_d*和i_q*共同影響，僅由參考電流i_d*和i_q*的變化不能完全反映出來電壓u_d*和u_q*的變化，所以影響了參考電壓u_d*和u_q*的變化速率，導(dǎo)致系統(tǒng)的動態(tài)特性變差。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：介紹基于LCCL的改進(jìn)解耦控制，

逆變器輸出的電壓電流，經(jīng)過LCCL型無源阻尼濾波器濾除諧波，實(shí)現(xiàn)了濾波器諧振尖峰的無源阻尼；因?yàn)殡娙葜穼娏鞒尸F(xiàn)出高阻態(tài)，主要是高頻電流分量通過，所以流過電容電流相對較小，再由于LCCL型濾波器是電容并聯(lián)，將電流分流，使流過電阻的電流更小，電阻產(chǎn)生的損耗也相對小了很多，LCCL型濾波器濾除電流中的諧波，提高了電網(wǎng)電流波形質(zhì)量，削弱了i_d和i_q中電流脈動。

系統(tǒng)是電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制，其內(nèi)環(huán)是基于PI控制器的有功電流i_d和無功電流i_q的閉環(huán)系統(tǒng)，在電流內(nèi)環(huán)中，令q軸的電流給定量i_q*＝0，通過PI控制器的作用實(shí)現(xiàn)電壓矢量與電流矢量相重合，PI控制器在αβ坐標(biāo)系下產(chǎn)生的控制信號，經(jīng)過SVPWM調(diào)制控制逆變器的輸出，從而實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。

系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)以后，相對于傳統(tǒng)的控制方法具有更快的動態(tài)響應(yīng)速度和更穩(wěn)定的波形。其中參數(shù)的定義同上。

該方法是將電網(wǎng)電流解耦分量中的i_d和i_q替換為i_d*和i_q*，由上述公式可以推導(dǎo)出u_d*和u_q*公式如下：

改進(jìn)后的并網(wǎng)電流解耦控制方法是在dq軸PI控制器后的輸出上分別加入電流參考量i_d*和i_q*與總濾波電感感抗w₀L的乘積，當(dāng)電網(wǎng)電流中存在諧波時，使dq軸解耦分量i_d和i_q產(chǎn)生脈動，該方法避免了解耦分量脈動對電網(wǎng)波形質(zhì)量的影響，提高了參考電壓u_d*和u_q*的反應(yīng)速度，改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。

附圖說明

圖1為一種LCCL型光伏并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制系統(tǒng)圖。

圖2為改進(jìn)前電流解耦圖

圖3為改進(jìn)后電流解耦圖

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例；基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍；

圖1為本發(fā)明中的一種LCCL型光伏并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制系統(tǒng)圖，如圖1所示，檢測并入電網(wǎng)網(wǎng)側(cè)三相電壓瞬時有效值e_a，e_b，e_c，經(jīng)靜止坐標(biāo)系變換到αβ坐標(biāo)系下的分量，通過鎖相環(huán)PLL鎖定電壓矢量的旋轉(zhuǎn)角度θ，由此就可以得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度θ。對電網(wǎng)電流進(jìn)行檢測，得到電流值i_a、i_b、i_c，基于旋轉(zhuǎn)角度θ進(jìn)行坐標(biāo)變換可以得到dq坐標(biāo)系下的電流分量分別為i_d、i_q，再將i_d、i_q與電流的參考量i_d*、i_q*進(jìn)行比較，最終在PI控制器的基礎(chǔ)上達(dá)到對電流檢測值無靜差控制。

其中PI控制器的閉環(huán)控制具有可靠性高，容易實(shí)現(xiàn)，控制方便等特點(diǎn)，是工程上常用的一種控制方式?；赑I的電流內(nèi)環(huán)控制和電網(wǎng)電壓定向的矢量控制的控制系統(tǒng)原理圖。

本發(fā)明中，一種LCCL型光伏并網(wǎng)逆變器d q軸解耦控制設(shè)計方法，包括以下步驟：

首先介紹傳統(tǒng)解耦控制方法，三相靜止坐標(biāo)系中，定義矢量X_abc＝(x_a,x_b,x_c)^T，E_abc,U_abc,I_abc分別為電網(wǎng)電壓矢量、逆變器橋側(cè)電壓矢量與并網(wǎng)電流矢量，由于LCCL型與L型濾波器在低頻段輸出特性基本一致，則逆變器的電壓方程可以表示為：

式中R為電感的等效串聯(lián)電阻。

當(dāng)只考慮三相平衡系統(tǒng)時，三相系統(tǒng)可以簡化成兩相系統(tǒng)，將三相abc坐標(biāo)系下的模型轉(zhuǎn)換成αβ坐標(biāo)系下的模型，即：

X_αβ＝TX_abc (2)

式中，變換矩陣T為：

X_αβ—矢量，X_αβ＝(x_α，x_β)^T。

則在αβ坐標(biāo)系下的方程為：

再將αβ坐標(biāo)系下的模型轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下，即：

X_dq＝T(θ)X_αβ (5)

式中，變換矩陣T(θ)為：

X_dq—矢量，X_dq＝(x_d，x_q)^T。

結(jié)合式(5)、式(6)并進(jìn)行相應(yīng)的變化可得到dq坐標(biāo)系下的方程為：

式中ω₀為同步旋轉(zhuǎn)角速度，且ω₀＝dθ/dt。

由式(7)可得：

由式(8)可知，d、q軸之間存在著耦合，其中任何一個量的調(diào)節(jié)必然會影響到另一個量，為了實(shí)現(xiàn)的d、q軸解耦控制，必須消除他們之間的耦合項(xiàng)。PI電流控制中常采用前饋解耦控制策略，將耦合項(xiàng)前饋到前面的控制信號端；電網(wǎng)電壓看作外界擾動，可以通過電壓分量的前饋來消除或盡可能的減弱電網(wǎng)電壓變化對并網(wǎng)電流的影響，同時電壓分量的前饋也減輕PI控制器的負(fù)擔(dān)。SVPWM調(diào)制的PI控制器的給定信號為：

由圖2可知，改進(jìn)前的并網(wǎng)電流解耦控制方法是在dq軸PI控制器后的輸出上分別加入電網(wǎng)電流交軸分量i_d和直軸分量i_q與總濾波電感感抗w₀L的乘積，這種方法中電網(wǎng)電流存在諧波時，會使電網(wǎng)電流dq軸分量產(chǎn)生脈動，i_d和i_q中的脈動影響解耦分量，使得-w₀Li_q和w₀Li_d也將會存在脈動，進(jìn)而影響到u_d*和u_q*中脈動的產(chǎn)生，很大程度的降低了電網(wǎng)電流的波形質(zhì)量。在解耦過程中，參考電壓u_d*和u_q*的值由解耦分量-w₀Li_q和w₀Li_d、參考電流i_d*和i_q*共同影響，僅由參考電流i_d*和i_q*的變化不能完全反映出來電壓u_d*和u_q*的變化，所以影響了參考電壓u_d*和u_q*的變化速率，導(dǎo)致系統(tǒng)的動態(tài)特性變差。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：介紹基于LCCL的改進(jìn)解耦控制,

逆變器輸出的電壓電流，經(jīng)過LCCL型無源阻尼濾波器濾除諧波，實(shí)現(xiàn)了濾波器諧振尖峰的無源阻尼。因?yàn)殡娙葜穼娏鞒尸F(xiàn)出高阻態(tài)，主要是高頻電流分量通過，所以流過電容電流相對較小，再由于LCCL型濾波器是電容并聯(lián)，將電流分流，使流過電阻的電流更小，電阻產(chǎn)生的損耗也相對小了很多。LCCL型濾波器濾除電流中的諧波，提高了電網(wǎng)電流波形質(zhì)量，削弱了i_d和i_q中電流脈動。

系統(tǒng)是電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制，其內(nèi)環(huán)是基于PI控制器的有功電流i_d和無功電流i_q的閉環(huán)系統(tǒng)。在電流內(nèi)環(huán)中，令q軸的電流給定量i_q*＝0，通過PI控制器的作用實(shí)現(xiàn)電壓矢量與電流矢量相重合，PI控制器在αβ坐標(biāo)系下產(chǎn)生的控制信號，經(jīng)過SVPWM調(diào)制控制逆變器的輸出，從而實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。

系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)以后，相對于傳統(tǒng)的控制方法具有更快的動態(tài)響應(yīng)速度和更穩(wěn)定的波形。其中參數(shù)的定義同上。

該方法是將電網(wǎng)電流解耦分量中的i_d和i_q替換為i_d*和i_q*，由上述公式可以推導(dǎo)出u_d*和u_q*公式如下：

改進(jìn)后的并網(wǎng)電流解耦控制方法是在dq軸PI控制器后的輸出上分別加入電流參考量i_d*和i_q*與總濾波電感感抗w₀L的乘積，當(dāng)電網(wǎng)電流中存在諧波時，使dq軸解耦分量i_d和i_q產(chǎn)生脈動，該方法避免了解耦分量脈動對電網(wǎng)波形質(zhì)量的影響，提高了參考電壓u_d*和u_q*的反應(yīng)速度，改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明；因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)，不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求；

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。