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申请/专利权人：中赟国际工程有限公司

摘要：本发明公开了一种弱电网下LCL型并网逆变系统的高稳定性控制方法，属于光伏并网逆变控制技术领域；解决常规并网逆变器在弱电网环境下容易出现不稳定情况的问题。本发明针对弱电网下电网阻抗增加及小信号扰动对并网逆变器系统中锁相环、LCL滤波器的影响，采用二阶广义积分的双并网电流环反馈有源阻尼策略，构建自适应二阶谐振积分器有源阻尼反馈函数，比例谐振函数作为电流环控制器，并对控制系统进行了虚拟阻抗校正，设计了电压前馈控制器；设计了基于双二阶自适应滤波器分序锁相环；经过论证，加入合理的虚拟阻抗校正，在达到良好阻尼效果的同时，能减少硬件中测量装置的使用，节约硬件成本，该控制策略能够保证系统稳定性和鲁棒性。

主权项：1.一种弱电网下LCL型并网逆变系统的高稳定性控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、弱电网条件下，基于三相LCL型光伏并网逆变器系统的数学模型，在考虑电网阻抗基础上采用电流电压双环控制策略，构建LCL型并网逆变器主电路及控制结构模型，选用二阶比例谐振控制器作为电流外环控制Gis，并引入系统延时转换器Gus，且电网系统阻抗只考虑电网阻抗Lg；S2、根据上述步骤S1中构建的结构模型，得到含有滤波器电容电流反馈有源阻尼的控制传递模型，将传统LCL型滤波器电容电流为反馈量的有源阻尼由公共耦合点电压upcc和并网电流i2两个状态量所代替，经等效变换得到并网逆变器有源阻尼控制模型，并以并网电流i2和公共耦合点电压upcc作为反馈量的前馈控制；S3、根据上述步骤S2中等效变换的并网逆变器有源阻尼控制模型，经计算得到并网电流反馈函数Hg＝Hc*CL2+Lgs2为二阶微分环节，在滤波器阻尼设计中纯微分项在物理等效电路中不能实现，因此采用二阶谐振积分器作为并网电流有源阻尼策略的反馈函数Hs，得到未考虑电网电压前反馈的并网电流有源阻尼控制环路模型，经计算得到LCL滤波器开环传递函数GLCLs和有源阻尼环路增益Tols；并网电流反馈函数Hg＝Hc*CL2+Lgs2中，Hc为滤波器电容电流有源阻尼反馈函数；反馈函数Hs的表达式为：其中k为反馈函数的增益系数，ξ为阻尼系数，ωn为自然频率，s为复变量拉普拉斯变换后的输入变量；开环传递函数GLCLs的表达式为： 式中，i2s为并网电流，uinvs为逆变器输出电压，L1为逆变侧电感电抗，L2为并网侧电感电抗，C为滤波器电容，ωr为二阶谐振频率，Lg为电网阻抗，Lg的一般取值范围为0～0.1pu，对应的电网短路比最大为10，Lg的表达式为环路增益表达式为： 式中，KPWM为控制信号域实测信号的比值；S4、根据上述步骤S2中等效变换的并网逆变器有源阻尼控制模型，经简化得到并网逆变器的简化等效控制传递模型，计算得到并网电流i2的函数表达式，电网阻抗在相对较高的频率处表现出感应特性，根据阻抗比判据原理可知系统中ZgZ0满足奈奎斯特稳定判据，将公共耦合点电压upcc作为反馈量的电网电压前馈控制代入到逆变器输出阻抗Z0s中，得到并网逆变器等效电流源模型，采用并联虚拟阻抗Z0*，使并网逆变器输出的等效阻抗Z′0s趋向于无穷大，得到并联虚拟阻抗的电流源模型，简化后得到加入虚拟阻抗的简化控制模型，将并联虚拟阻抗反馈作用点前移，得到含有并联虚拟阻抗的并网逆变器控制模型，根据逆变器输出阻抗Z0s计算结果可知中含有超前环节，在并联虚拟阻抗反馈作用点前移的过程中省略超前环节，最终得到反馈函数GVs，完成前馈阻抗校正；并网电流i2的函数表达式为： 式中，iref为逆变器输出电流基准值，Hi为电流环反馈函数，传递函数G1s、G2s的表达式分别为： 根据诺顿定理分析，将并网逆变器等效为电流源并联电阻，其中，逆变器输出等效电流iss的表达式为：逆变器输出阻抗Z0s的表达式为： 根据奈奎斯特稳定判据，将公共耦合点电压uPCC＝i2sZgs+ug，式中，ug为电网电压，Zg为电网阻抗；代入到逆变器输出阻抗Z0s中，得到的并网逆变器等效电流源模型i2s的表达式为：并联虚拟阻抗Z0*在理想状况下的理论取值为：即反馈函数GVs的表达式为：L1为逆变器侧电感电抗；S5、根据上述步骤S1中构建的结构模型，基于传统的二阶广义积分滤波器在调节系数中加入阻尼系数k，反馈中加入1k，得到自适应二阶广义积分滤波器表达模型；S6、针对在非理想电网中的电网扰动、谐波和不平衡，基于传统锁相环，以上述步骤S5中的自适应二阶广义积分滤波器实现90度相移和滤波，利用对称分量法进行不平衡电网中的正序分量提取，最终实现锁相，得到双二阶广义积分滤波器的同步分序锁相环模型；三相电网电压Uabc的正序分量可表示为：其中分序矩阵两相静止坐标系下的电压的表达式为： 式中，[Tαβ]是Clark变换矩阵，q＝e-jπ2，对输入电压信号进行90度的相移和运算，完成系统电压正序分量的提取。

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