一種基于狀態(tài)反饋的lcl型逆變器解耦控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及逆變器控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于狀態(tài)反饋的LCL型逆變器解耦 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 新能源發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展，使得并網(wǎng)逆變技術(shù)成為研究熱點。作為并網(wǎng)逆變系 統(tǒng)的關(guān)鍵部分，并網(wǎng)逆變器通常采用脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM)，其輸出電流中含有高次諧波，無 法滿足并網(wǎng)要求。因此，其輸出與電網(wǎng)間需要接入濾波器，常用L型和LCL型兩種類型濾波 器。LCL型濾波器與L型濾波器相比有更理想的高頻濾波效果，且體積和損耗均小于同等濾 波效果的L型濾波器。如何通過改進(jìn)控制策略提高LCL型并網(wǎng)逆變器性能引起了廣泛關(guān)注。 如圖11所示LCL型濾波器與并網(wǎng)逆變器的連接示意圖，LCL型濾波器包括第一電感LU電 容CJ和第二電感L2,第一電感Ll的一端連接并網(wǎng)逆變器的輸出端，第一電感Ll的另一端 分別連接電容CJ的正極和第二電感L2的一端，電容CJ的負(fù)極接地，第二電感L2的另一端 連接用電端。
[0003] 根據(jù)參考坐標(biāo)系的不同，并網(wǎng)逆變器的控制器可分為基于靜止三相自然坐標(biāo)系和 基于旋轉(zhuǎn)兩相同步坐標(biāo)系兩類。在靜止三相坐標(biāo)下，比例諧振控制器（PR)能夠直接對交流 信號進(jìn)行跟蹤，避免了坐標(biāo)變換所引起的耦合問題，然而PR存在難以實現(xiàn)數(shù)字離散化等問 題。因此，大多數(shù)應(yīng)用場合選擇基于同步坐標(biāo)系的控制控制策略。在同步坐標(biāo)系下，三相交 流信號經(jīng)過abc/dq坐標(biāo)變換變?yōu)閮上嘀绷餍盘枴５亲儞Q得到的dq分量間存在耦合，該 問題在LCL濾波器情況下變得尤為突出，嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。針對耦合問題，將 耦合項當(dāng)作外部干擾項直接忽略的方案可以在很大程度上降低控制器的設(shè)計難度，實現(xiàn)dq 分量之間的獨立控制，然而，直接忽略耦合項必然引起建模失真，導(dǎo)致輸出電流質(zhì)量降低。 與直接忽略耦合項相比，通過系統(tǒng)傳遞函數(shù)等效變換，引入耦合補償項的方法提高了模型 準(zhǔn)確度，能夠保證較高的輸出電流質(zhì)量。然而，該方案實質(zhì)上是通過引入適當(dāng)?shù)难a償項來替 代原有耦合項，以實現(xiàn)精確建模，但是無法消除dq分量間的耦合影響。
[0004] 中國專利CN102545264A公開了一種基于狀態(tài)量前饋解耦的并網(wǎng)逆變器的控制方 法，包括：（1)采集電網(wǎng)電壓、電流反饋量和狀態(tài)量；(2)根據(jù)電流反饋量生成指令信號；（3) 根據(jù)狀態(tài)量求得前饋信號；(4)使指令信號與前饋信號疊加得到調(diào)制信號，根據(jù)調(diào)制信號 生成控制并網(wǎng)逆變器的開關(guān)信號。該專利通過引入前饋量以實現(xiàn)三階系統(tǒng)有源阻尼方案， 狀態(tài)量前饋將原三階系統(tǒng)降解為一階系統(tǒng)，簡化了控制器設(shè)計過程。然而，在采用同步坐標(biāo) 系下的控制方法時，由坐標(biāo)變換帶來的dq分量之間的耦合問題在該專利中并沒有考慮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于狀態(tài)反饋 的LCL型逆變器解耦控制方法，不僅保證了建模過程的準(zhǔn)確性，確保較高的入網(wǎng)電流質(zhì)量， 而且能有效消除dq分量間的耦合影響，實現(xiàn)輸出有功與無功間的獨立控制，改善系統(tǒng)動態(tài) 性能。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] -種基于狀態(tài)反饋的LCL型逆變器解耦控制方法，用于并網(wǎng)逆變器的PffM控制，所 述并網(wǎng)逆變器通過LCL濾波器連接用電端，所述LCL濾波器包括第一電感、電容和第二電 感，該LCL型逆變器解耦控制方法包括以下步驟：
[0008] Sl :設(shè)定入網(wǎng)電流給定值12的有功分量和無功分量，實時采集監(jiān)測參數(shù)，監(jiān)測參數(shù) 包括入網(wǎng)電流實際值i 2、電容兩端電壓實際值u。、流過第一電感的電流實際值iJP電網(wǎng)電 壓e，并得到監(jiān)測參數(shù)對應(yīng)的有功分量和無功分量；
[0009] S2 :入網(wǎng)電流給定值"的有功分量和無功分量分別通過監(jiān)測參數(shù)的狀態(tài)反饋和閉 環(huán)控制獲得并網(wǎng)逆變器輸出電壓給定值< 的有功分量和無功分量；
[0010] S3 :根據(jù)并網(wǎng)逆變器輸出電壓給定值< 的有功分量和無功分量進(jìn)行PffM控制，輸 出的開關(guān)控制PWM波控制并網(wǎng)逆變器。
[0011] 所述步驟S2中獲取并網(wǎng)逆變器輸出電壓給定值<的有功分量的方法具體為：
[0012] 11)入網(wǎng)電流給定值i2的有功分量減去入網(wǎng)電流實際值i 2的有功分量后進(jìn)行外 環(huán)PI控制獲得經(jīng)過狀態(tài)反饋后電容兩端電壓值u。'的有功分量；
[0013] 12)u(/的有功分量分別減去第二電感的無功分量親合項和e的有功分量后獲得 電容兩端電壓給定值<的有功分量；
[0014] 13)電容兩端電壓給定值^的有功分量減去電容兩端電壓實際值u。的有功分量后 進(jìn)行中環(huán)P控制獲得經(jīng)過狀態(tài)反饋后第一個電感的電流值i/的有功分量；
[0015] 14) V的有功分量分別減去電容的無功分量耦合項和入網(wǎng)電流實際值i2的有功 分量后獲得流過第一電感的電流給定值?的有功分量；
[0016] 15)流過第一電感的電流給定值f的有功分量減去流過第一電感的電流實際值I1 的有功分量后進(jìn)行內(nèi)環(huán)P控制獲得經(jīng)過狀態(tài)反饋后并網(wǎng)逆變器輸出電壓值U1'的有功分 量；
[0017] 16) U1'的有功分量分別減去第一電感的無功分量親合項和電容兩端電壓實際值 u。的有功分量后獲得并網(wǎng)逆變器輸出電壓給定值 < 的有功分量；
[0018] 獲取并網(wǎng)逆變器輸出電壓給定值:》Γ的無功分量的方法具體為：
[0019] 21)入網(wǎng)電流給定值i2的無功分量減去入網(wǎng)電流實際值i 2的無功分量后進(jìn)行外 環(huán)PI控制獲得經(jīng)過狀態(tài)反饋后電容兩端電壓值u。'的無功分量；
[0020] 22)1^的無功分量加上第二電感的有功分量耦合項后減去e的無功分量，獲得電 容兩端電壓給定值<的無功分量；
[0021 ] 23)電容兩端電壓給定值的無功分量減去電容兩端電壓實際值u。的無功分量后 進(jìn)行中環(huán)P控制獲得經(jīng)過狀態(tài)反饋后第一個電感的電流值i/的無功分量；
[0022] 24) i/的無功分量加上電容的有功分量耦合項后減去入網(wǎng)電流實際值i2的無功 分量，獲得流過第一電感的電流給定值?的無功分量；
[0023] 25)流過第一電感的電流給定值f的無功分量減去流過第一電感的電流實際值I1 的無功分量后進(jìn)行內(nèi)環(huán)P控制獲得經(jīng)過狀態(tài)反饋后并網(wǎng)逆變器輸出電壓值U1'的無功分 量；
[0024] 26) U1'的無功分量加上第一電感的有功分量親合項后減去電容兩端電壓實際值 u。的無功分量，獲得并網(wǎng)逆變器輸出電壓給定值^的無功分量。
[0025] 所述第二電感的有功分量耦合項和無功分量耦合項分別為c〇L2i2d和c〇L 2i2q，其 中，ω為電網(wǎng)電壓角頻率，L2為第二電感的電感值，下標(biāo)d表示有功分量，下標(biāo)q表示無功 分量。
[0026] 所述電容的有功分量耦合項和無功分量耦合項分別為ω &^和ω Cu^其中，ω為 電網(wǎng)電壓角頻率，C為電容的電容值，下標(biāo)d表示有功分量，下標(biāo)q表示無功分量。
[0027] 所述第一電感的有功分量親合項和無功分量親合項分別為WL1Iild和ω L Jld，其 中，ω為電網(wǎng)電壓角頻率，L1為第一電感的電感值，下標(biāo)d表示有功分量，下標(biāo)q表示無功 分量。
[0028] 所述外環(huán)PI控制的比例系數(shù)Kpi、積分系數(shù)K1以及中環(huán)P控制的比例系數(shù)K P2和內(nèi) 環(huán)P控制的比例系數(shù)Kp3滿足以下公式：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 其中，L1S第一電感的電感值，C為電容的電容值，LA第二電感的電感值。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0034] 1)通過去除LCL濾波器帶來的耦合項，消除了同步坐標(biāo)系下dq分量之間的耦合問 題，實現(xiàn)了 dq分量之間的動態(tài)解耦，能夠有效消除有功與無功分量之間的耦合影響，實現(xiàn) 有功、無功分量的獨立控制；
[0035] 2)通過去除LCL濾波器帶來的耦合項，實現(xiàn)了系統(tǒng)的精確建模，使得控制系統(tǒng)的 設(shè)計更為準(zhǔn)確，保證輸出入網(wǎng)電流有較高的電能質(zhì)量；
[0036] 3)通過去除LCL濾波器帶來的耦合項，在保證系統(tǒng)精確建模的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了 dq分 量之間的動態(tài)解耦，消除了電流指令變化時其有功分量與無功分量之間的耦合影響，改善 電流指令變化時系統(tǒng)動態(tài)性能。
[0037] 4)為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性、穩(wěn)定裕度要求，對外環(huán)、中環(huán)和內(nèi)環(huán)的控制參數(shù)KP1、V K P2、Kp3進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而提供系統(tǒng)穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明的控制框圖；
[0039] 圖2為直接忽略耦合項方案的控制框圖；
[0040] 圖3為d軸等效變換的示意圖；
[0041] 其中，（3a)為等效變換前d軸模型示意圖，（3b)為等效變換后d軸模型示意圖；
[0042] 圖4為補償耦合項方案的控制框圖；
[0043] 圖5為包含狀態(tài)反饋的系統(tǒng)方框圖；
[0044] 圖6為L1解親后t旲型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0045] 圖7為電谷C解親后_旲型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0046] 圖8為電感L2解親后_旲型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0047] 圖9為入網(wǎng)電流仿真波形示意圖；
[0048] 其中，