電壓外環(huán)的雙閉環(huán)并網(wǎng)LCL逆變器的矢量控制系統(tǒng)可如下得出；
[0123] 被控對象并網(wǎng)LCL濾波器的輸入量U2d、U2q的表達式為
[0125]電流環(huán)控制器系統(tǒng)的狀態(tài)空間變量為X2d與x2q，其狀態(tài)空間方程為：
[0129]將電容電流由狀態(tài)變量電網(wǎng)側(cè)電流與變流器側(cè)電流推導(dǎo)得出，將輸出方程轉(zhuǎn)化 為：
[0131] 進而得出：
[0133]同時將式(20)寫作矩陣形式得：
[0135]這樣便構(gòu)成了電流環(huán)控制器與并網(wǎng)LCL濾波器合成的系統(tǒng)狀態(tài)空間表達形式，即 為是有源阻尼控制策略，其中，dq軸電流指令匕與心為系統(tǒng)輸入，dq軸電容電壓uCd與uCq、dq 軸電網(wǎng)側(cè)電流iid與iiq、dq軸變流器側(cè)電流i2d與i2q、dq軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器狀態(tài)X2d與X2q為狀 態(tài)變量，該閉環(huán)控制系統(tǒng)為8階，若取dq軸變流器側(cè)電流i2d與i2q同時為系統(tǒng)輸出，那么可以 給出該系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程如下：
[0139] 本發(fā)明所提出的降維觀測器以及其所屬控制方法在DSP中利用C語言程序?qū)崿F(xiàn)，將 估計的電容電流前饋至電壓指令后再控制電網(wǎng)側(cè)變流器的IGBT開通與關(guān)斷，觀測器估計的 電容電流及其諧振頻率分量的數(shù)字量，經(jīng)過DSP數(shù)字/模擬變換DA輸出后的波形進行分析， 進而判斷該降維觀測器的有效性。
[0140] 結(jié)合以下的仿真結(jié)果和分析對本發(fā)明的應(yīng)用效果做進一步的說明：
[0141] 本發(fā)明根據(jù)上述降維觀測器的設(shè)計方法，建立基于MATLAB/Simulink離散仿真系 統(tǒng)模型，忽略電力電子器件的動態(tài)過程而視為理想開關(guān)，比較永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)LCL濾 波器處無/有阻尼控制的特性，電網(wǎng)側(cè)變流器的控制方式為基于電網(wǎng)電壓定向的雙閉環(huán)矢 量控制策略，變流器輸出電流dq軸內(nèi)環(huán)與直流母線電壓外環(huán)，計算機仿真模型參數(shù)如下：
[0142] 表1計算機仿真模型的系統(tǒng)參數(shù)

[0145] 分析基于降維觀測器的有源阻尼控制系統(tǒng)特性，通過觀測器估計的并網(wǎng)點電流進 而求出的電容電流與實際電流對比圖4~圖6所示；
[0146] 由圖4~圖6電容電流波形的波峰波谷位置關(guān)系得出，本發(fā)明提出的降維觀測器可 估計出電容電流量及其諧波分量，基于該降維觀測法的LCL并網(wǎng)逆變器相關(guān)控制效果如圖7 和圖8所示；
[0147] 由圖7、圖8所示的相關(guān)控制效果看出，基于該降維觀測法的LCL并網(wǎng)逆變器可有效 地將間歇性發(fā)電系統(tǒng)進行并網(wǎng)，在對入網(wǎng)電流進行有功和無功控制的同時，更重要的是能 降低諧波電流，變流器側(cè)電流、并網(wǎng)輸出電流、電容電流的頻譜分析如圖9所示。
[0148]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于并網(wǎng)LCL濾波器系統(tǒng)降維觀測器的設(shè)計方法，其特征在于，該基于并網(wǎng)LCL 濾波器系統(tǒng)降維觀測器的設(shè)計方法包括:進行3s/2r變換后，在dq軸上給出基于并網(wǎng)LCL濾 波器系統(tǒng)的降維觀測器狀態(tài)方程與輸出方程，通過估計出的電網(wǎng)側(cè)電流與采樣得到的變流 器側(cè)電流求出電容電流，求出電流閉環(huán)控制中變流器電壓，進而，得到電流環(huán)控制器系統(tǒng)與 并網(wǎng)LCL濾波器被控對象合成的閉環(huán)系統(tǒng)。2. 如權(quán)利要求1所述的基于并網(wǎng)LCL濾波器系統(tǒng)降維觀測器的設(shè)計方法，其特征在于， 并網(wǎng)LCL濾波器系統(tǒng)狀態(tài)空間dq軸電容電壓UM與u Cq、dq軸電網(wǎng)側(cè)電流ild與ilq以及dq軸變流 器側(cè)電流i 2d與i 2q為系統(tǒng)狀態(tài)變量，而其中變流器側(cè)電流i 2d與i 2q可由變流器側(cè)電流傳感器 直接獲得； 在dq軸上的狀態(tài)觀測器，首先分析單相系統(tǒng)的情況，并網(wǎng)LCL濾波器的單相系統(tǒng)微分方 程式整理為：I 并網(wǎng)LCL濾波器的輸出方程式整理為：由于rank{[l O 0]} = 1，故需要重構(gòu)的狀態(tài)變量為[h uc]T，即將原系統(tǒng)分解為兩個子 系統(tǒng)，分別為不需要重構(gòu)的子系統(tǒng)與需要重構(gòu)的子系統(tǒng)，其中不需要重構(gòu)的子系統(tǒng)稱為非 重構(gòu)子系統(tǒng)，為式（1)第一行；需要重構(gòu)的子系統(tǒng)稱為重構(gòu)子系統(tǒng)，非重構(gòu)子系統(tǒng)的表達式 為：其中，等號后第二項為重構(gòu)子系統(tǒng)到非重構(gòu)子系統(tǒng)的耦合矩陣，故定義該矩陣為重構(gòu) 子系統(tǒng)的輸出，又由于其為1階，故表示為η如下所示：則重構(gòu)子系統(tǒng)的表達式為：丨： 重構(gòu)子系統(tǒng)的特征多項式：極點實部為〇在虛軸上，故需要將觀測器的期望極點設(shè)計在左半平面，即具有負實部， 期望觀測器的極點為Pl = _Pr+Pi · j、P2 = -pr_Pi · j，觀測誤差反饋矩陣為Α，表示為：為了估計[ii ue]T，需要對重構(gòu)子系統(tǒng)設(shè)計基本觀測器如下：將其4項移至等號左側(cè)，并對式(8)作變換寫作：I： 定義降維觀測器的狀態(tài)為：根據(jù)降維觀測理論，該觀測器的狀態(tài)空間方程：那么觀測的狀態(tài)變量表達式為：由此得到降維觀測器的特征方程：則配置觀測誤差反饋矩陣與降維觀測器極點實部與虛部的關(guān)系有：3.如權(quán)利要求1所述的基于并網(wǎng)LCL濾波器系統(tǒng)降維觀測器的設(shè)計方法，其特征在于， 所述基于并網(wǎng)LCL濾波器系統(tǒng)降維觀測器的設(shè)計方法在具體參數(shù)設(shè)計前應(yīng)判斷系統(tǒng)可觀測 性，由LCL濾波器系統(tǒng)狀態(tài)空間描述分析可知，系統(tǒng)狀態(tài)矩陣為：由于采用基于變流器側(cè)電流閉環(huán)的矢量控制策略，故該系統(tǒng)輸出向量為： C〇=[0 0 0 0 1 0] (16) 根據(jù)定常系統(tǒng)可觀性的代數(shù)判據(jù)，并根據(jù)式(18)、式(19)求出系統(tǒng)可觀性矩陣為：I 經(jīng)過計算，系統(tǒng)可觀性矩陣Qo的秩為： rankQ〇 = 6 (18) 故并網(wǎng)LCL濾波器系統(tǒng)是完全可觀的。4.如權(quán)利要求1所述的基于并網(wǎng)LCL濾波器系統(tǒng)降維觀測器的設(shè)計方法，其特征在于， 所述基于并網(wǎng)LCL濾波器系統(tǒng)降維觀測器的設(shè)計方法帶dq軸電流內(nèi)環(huán)、直流母線電壓外環(huán) 的雙閉環(huán)并網(wǎng)LCL逆變器的矢量控制系統(tǒng)如下得出； 被控對象并網(wǎng)LCL濾波器的輸入量U2d、U2q的表達式為：電流環(huán)控制器系統(tǒng)的狀態(tài)空間變量為X2d與X2q，其狀態(tài)空間方程為：其系統(tǒng)輸出方程為：將電容電流由狀態(tài)變量電網(wǎng)側(cè)電流與變流器側(cè)電流推導(dǎo)得出，將輸出方程轉(zhuǎn)化為：進而得出：同時將式(20)寫作矩陣形式得：構(gòu)成電流環(huán)控制器與并網(wǎng)LCL濾波器合成的系統(tǒng)狀態(tài)空間表達形式，即為是有源阻尼 控制策略，其中，dq軸電流指令· 4與C1為系統(tǒng)輸入，dq軸電容電壓ucd與uCq、dq軸電網(wǎng)側(cè)電流 ild與ilq、dq軸變流器側(cè)電流i2d與i2q、dq軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器狀態(tài)X2d與X2q為狀態(tài)變量，該閉環(huán) 控制系統(tǒng)為8階，若取dq軸變流器側(cè)電流i 2d與i2q同時為系統(tǒng)輸出，給出該系統(tǒng)的狀態(tài)空間 方程如下：傳遞函數(shù)形式表達為：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于并網(wǎng)LCL濾波器系統(tǒng)降維觀測器的設(shè)計方法，基于狀態(tài)觀測器的有源阻尼控制方法，通過前饋觀測出電容電流以抑制系統(tǒng)諧振，對于完全可觀系統(tǒng)，即可重新構(gòu)造一個系統(tǒng)利用原系統(tǒng)可直接測量的變量，例如輸入量、輸出量，作為輸入信號，使其輸出量在一定指標下與原系統(tǒng)狀態(tài)變量等價，在對并網(wǎng)LCL濾波器系統(tǒng)的可觀性分析論證為完全可觀系統(tǒng)后，便可通過LCL濾波器系統(tǒng)的輸入、輸出量進行對系統(tǒng)狀態(tài)變量的估計，以期達到節(jié)省附加傳感器及提高系統(tǒng)可靠性的目的。本發(fā)明基于該降維觀測法的LCL并網(wǎng)逆變器可有效地將間歇性發(fā)電系統(tǒng)進行并網(wǎng)，在對入網(wǎng)電流進行有功和無功控制的同時，更重要的是能降低諧波電流。
【IPC分類】H02J3/38, H02J3/01
【公開號】CN105449677
【申請?zhí)枴緾N201510795709
【發(fā)明人】張磐, 項添春, 宋國旺, 郄偉, 李德強, 司威, 紀明, 蘇靖宇
【申請人】國網(wǎng)天津市電力公司, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月18日