一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變 器諧波諧振抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機(jī)的加劇和環(huán)境污染問(wèn)題的突出，可再生能源越來(lái)越受到人們的青 睞。而太陽(yáng)能作用一種重要的可再生能源，以其獨(dú)有的分布廣泛、取之不盡用之不竭的優(yōu)勢(shì) 已經(jīng)成為能源發(fā)展的重要趨勢(shì)。目前，光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽(yáng)能利用的一種主要形式，在國(guó)內(nèi) 外已經(jīng)得到蓬勃發(fā)展。
[0003] 逆變器是光伏與交流電網(wǎng)連接的重要接口，LCL型并網(wǎng)逆變器可以很好地抑制開(kāi) 關(guān)頻率諧波、降低濾波器體積重量，在光伏并網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。由于電網(wǎng)的非理想特性， 使得并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)的連接點(diǎn)處存在不確定的感性電網(wǎng)阻抗。而對(duì)于無(wú)電網(wǎng)電壓前饋的 系統(tǒng)，電網(wǎng)阻抗可以看成是濾波電感1^ 2的一部分。因此，感性電網(wǎng)阻抗的變化會(huì)影響LCL濾 波器的特性，使得逆變器系統(tǒng)與電網(wǎng)之間產(chǎn)生動(dòng)態(tài)交互作用。感性電網(wǎng)阻抗的增大使得并 網(wǎng)逆變器的相位裕度降低，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)截止頻率處諧波的放大作用增加，進(jìn)而導(dǎo)致逆變器 并網(wǎng)電流中截止頻率處的諧波含量增加；當(dāng)相位裕度減小到零時(shí)，并網(wǎng)電流中將會(huì)出現(xiàn)大 量截止頻率處的諧波，系統(tǒng)在截止頻率處發(fā)生諧波諧振現(xiàn)象。因此感性電網(wǎng)阻抗的存在嚴(yán) 重威脅著逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0004] 在多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中，單個(gè)逆變器的電網(wǎng)阻抗相當(dāng)于變大了，加劇了電網(wǎng)阻抗 對(duì)并網(wǎng)逆變器的影響，因此上述問(wèn)題對(duì)于多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)更加突出。
[0005] 目前已有部分抑制并網(wǎng)逆變器諧波諧振的方案，主要包括：通過(guò)改變逆變器等效 輸出阻抗的模值來(lái)消除電網(wǎng)阻抗的影響，但該方法在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中需要引入高階微分環(huán) 節(jié)，工程中難以實(shí)現(xiàn)，且會(huì)引起噪聲干擾；通過(guò)在濾波電感和電容支路串并聯(lián)虛擬阻抗，實(shí) 現(xiàn)對(duì)逆變器等效輸出阻抗的塑造，但該方法同時(shí)也影響了系統(tǒng)的電流環(huán)特性；采用無(wú)差拍 控制對(duì)系統(tǒng)諧波諧振進(jìn)行抑制，但該方法需要采用狀態(tài)觀察及對(duì)收斂性進(jìn)行設(shè)計(jì)，控制器 設(shè)計(jì)復(fù)雜，且通用性較差。上述方法均未解決電網(wǎng)阻抗引起系統(tǒng)相位裕度降低的問(wèn)題，而相 位裕度降低是引起系統(tǒng)諧波諧振的根本原因，因此現(xiàn)有方法難以很好的解決電網(wǎng)阻抗引起 的并網(wǎng)逆變器諧波諧振問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制 方法。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器 諧波諧振抑制方法，包括以下步驟：
[0008] Sl:計(jì)算考慮電網(wǎng)阻抗的并網(wǎng)逆變器原始系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；
[0009]S2:獲取當(dāng)電網(wǎng)阻抗趨于無(wú)窮大時(shí)原始系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)在額定截止頻率處相位 減小量Ai]);
[0010] S3 :獲取經(jīng)超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，并對(duì)超前環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)；
[0011] S4:實(shí)時(shí)測(cè)量電網(wǎng)阻抗；
[0012] S5 :將電網(wǎng)阻抗代入含超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)(s)，求得相位交截頻率 wX;
[0013] S6 :在3倍的基波頻率Uci至相位交截頻率范圍內(nèi)求取含超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)傳 遞函數(shù)相位峰值所對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)《 p;
[0014] S7 :計(jì)算比例補(bǔ)償環(huán)節(jié)，使得系統(tǒng)的截止頻率為S6中的相位峰值所對(duì)應(yīng)的頻率 點(diǎn)。
[0015] 進(jìn)一步，考慮電網(wǎng)阻抗的并網(wǎng)逆變器原始系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)Gtjp(s)如式（1)所示，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法，其特征在于：包括w下步 驟： 51 ;計(jì)算考慮電網(wǎng)阻抗的并網(wǎng)逆變器原始系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)； 52 ;獲取當(dāng)電網(wǎng)阻抗趨于無(wú)窮大時(shí)原始系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)在額定截止頻率處相位減小 量 A iD ; 53 ;獲取經(jīng)超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，并對(duì)超前環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)； 54 ;實(shí)時(shí)測(cè)量電網(wǎng)阻抗； 55 ;將電網(wǎng)阻抗代入含超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)Gw,(s)，求得相位交截頻率 56 ;在3倍的基波頻率至相位交截頻率范圍內(nèi)求取含超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)傳遞函 數(shù)相位峰值所對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn) 57 ;計(jì)算比例補(bǔ)償環(huán)節(jié)，使得系統(tǒng)的截止頻率為S6中的相位峰值所對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法，其 特征在于：考慮電網(wǎng)阻抗的并網(wǎng)逆變器原始系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)Gw(s)如式（1)所示，
其中，kpj%調(diào)制波至逆變橋輸出的傳遞函數(shù)，Li為濾波器逆變器側(cè)電感，Cf為濾波電 容，L2為濾波器網(wǎng)側(cè)電感，Lg為電網(wǎng)阻抗，k。為電容電流有源阻巧系數(shù)，Gt(s)為電流控制 器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法，其 特征在于；原始系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)額定截止頻率《。根據(jù)式（3)求得，
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法，其 特征在于：當(dāng)電網(wǎng)阻抗趨于無(wú)窮大時(shí)原始系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)在額定截止頻率處相位減小量 A iD根據(jù)式（4)求得，
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法，其 特征在于：經(jīng)超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如式（5)所示，
其中，kpj%調(diào)制波至逆變橋輸出的傳遞函數(shù)，Li為濾波器逆變器側(cè)電感，Cf為濾波電 容，L2為濾波器網(wǎng)側(cè)電感，Lg為電網(wǎng)阻抗，k。為電容電流有源阻巧系數(shù)，Gt(s)為電流控制 器，G,(s)為超前環(huán)節(jié)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法，其

特征在于；所述超前環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型為： = 其中表示分度系數(shù)，iDm表示最大相角補(bǔ)償量；f = ；7^， 1 +打 丄-bllWm 表示時(shí)間常數(shù)，表示最大相角補(bǔ)償量所對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法，其 特征在于：對(duì)超前環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)先設(shè)置方法為；將1]^設(shè)置為A iD求得A，將《。設(shè)置為《。 求得T。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法，其 特征在于；所述相位交截頻率為開(kāi)環(huán)傳遞函6。。。(3)的相位穿越-180°時(shí)的頻率，該相 位交截頻率是通過(guò)將實(shí)測(cè)得到的電網(wǎng)阻抗Lg代入式（5)求得。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法，其 特征在于；在區(qū)間巧《。，范圍內(nèi)根據(jù)式（7)求取含超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)相位 峰值所對(duì)應(yīng)的頻率《p，
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法， 其特征在于；將Up代入式做求得比例補(bǔ)償環(huán)節(jié)k。，

【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于相位裕度補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器諧波諧振抑制方法，包括，S1計(jì)算考慮電網(wǎng)阻抗的并網(wǎng)逆變器原始系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；S2獲取當(dāng)電網(wǎng)阻抗趨于無(wú)窮大時(shí)原始系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)在額定截止頻率處相位減小量Δψ；S3獲取經(jīng)超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，并對(duì)超前環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)先設(shè)置；S4實(shí)時(shí)測(cè)量電網(wǎng)阻抗；S5將電網(wǎng)阻抗代入含超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，求得相位交截頻率ωx；S6在3倍的基波頻率ω0至相位交截頻率范圍內(nèi)求取含超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)相位峰值所對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)ωp；S7計(jì)算比例補(bǔ)償環(huán)節(jié)，使得系統(tǒng)截止頻率為S6中的相位峰值所對(duì)應(yīng)頻率點(diǎn)。本發(fā)明解決了電網(wǎng)阻抗引起的相位裕度降低導(dǎo)致的系統(tǒng)諧波諧振問(wèn)題，并且在對(duì)超前環(huán)節(jié)預(yù)先設(shè)置后僅需要實(shí)時(shí)調(diào)整比例補(bǔ)償環(huán)節(jié)參數(shù)即可很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波諧振的抑制。
【IPC分類】H02J3-01
【公開(kāi)號(hào)】CN104600703
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510061337
【發(fā)明人】鄭晨, 周林, 郭珂, 劉強(qiáng), 任偉, 邵念彬, 杜瀟
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年2月5日