[发明专利]一种基于状态观测器的并网逆变器控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电网变换器控制技术领域，具体涉及一种基于状态观测器的并网逆变器控制方法。

背景技术

随着光伏发电、风力发电、燃料电池等可再生资源的不断应用，分布式发电系统成为近年来研究的重点，受到广泛关注。并网逆变器作为分布式发电系统的核心部分，其滤波器设计常采用LCL滤波器结构。相对于L滤波器，LCL滤波器能够更有效地抑制电流高次谐波，并降低总电感量。然而，LCL滤波器具有低阻尼高阶特性，易导致系统谐振。

为抑制LCL并网逆变器谐振，有学者提出利用逆变器桥臂电流间接控制其入网电流的方法，该方法改善了系统的稳定性，但不能保证入网电流波形品质。随后，很多学者开始研究采用直接入网电流控制的双闭环控制方法，外环采用入网电流闭环，内环分别采用电容电流反馈、电容电压反馈、桥臂电流闭环等阻尼方案。上述双闭环控制方案，通过内环抑制系统振荡，提高系统稳定性；然而，各方案中内外环设计存在耦合，影响系统控制性能；且这些方案需要增加额外的传感器，增加了系统硬件成本。

有学者提出通过状态反馈改造被控对象，进而简化控制系统调节器设计的控制方案，保证了并网电流的控制性能。然而，状态反馈的实现，需检测系统多个状态量，增加了额外的传感器。为此，学者们开始研究通过设计传统状态观测器来观测状态反馈变量，代替有源阻尼环节和状态反馈增加的额外传感器，但此方法并未考虑状态观测器特征矩阵参数变化及状态观测器输入偏差对观测效果的影响，不能保证系统控制性能。

发明内容

本发明的目的在于克服传统状态观测器未考虑状态观测器特征矩阵参数变化及状态观测器输入偏差对观测效果的影响的不足，提出一种基于状态观测器的并网逆变器控制方法及其状态观测器，该方法采用一种基于内模的状态观测器得到准确的观测状态量，通过状态反馈改造被控对象，进而进行并网逆变器入网电流控制。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于状态观测器的并网逆变器控制方法，本控制方法涉及的并网逆变器的拓扑结构包括直流源U_dc、直流侧滤波电容C_dc、三相全桥逆变电路、LCL滤波器，直流侧滤波电容C_dc并联在直流源U_dc的两端，直流源U_dc的两个电源输出端分别与三相全桥逆变电路的两个输入端相连，三相全桥逆变电路的三相输出端与LCL滤波器的三相输入端一一对应相连，LCL滤波器的三相输出端分别与三相电网e_a、e_b、e_c相连；所述的LCL滤波器由逆变器侧电感L₁、网侧滤波电感L₂和滤波电容C₁组成；本控制方法包括如下步骤：

步骤一、利用桥臂电流的电流传感器检测桥臂电流i_L1；利用电网电压传感器检测电网电压e_g并进行锁相得到相角θ；

步骤二、根据桥臂电压u_i和电网电压e_g，经基于内模的状态观测器得到观测状态量：观测桥臂电流观测电容电压以及观测网侧电流

步骤三、将步骤二中的所述观测状态量，经状态反馈矩阵K得到状态量反馈信号X_fd，具体如下：

①通过期望极点配置法求得状态反馈矩阵K，K=[k₁，k₂，k₃]，k₁、k₂、k₃均为状态反馈系数；