[发明专利]一种LCL型并网逆变器的快速鲁棒单电流反馈控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及PWM逆变控制及其新能源领域，具体是一种LCL型并网逆变器的快速鲁棒单电流反馈控制方法。

背景技术

并网逆变器作为连接分布式能源与公共电网的核心装置，在分布式发电系统起着至关重要的作用。其输出滤波器采用LCL型滤波器，可有效抑制逆变器输出的高频谐波，降低滤波器的体积与质量，在工程中具有重要应用价值。然而，LCL滤波器是一个低阻尼三阶系统，存在谐振问题，容易导致并网逆变器不稳定，现在有大量文献探讨并解决LCL型并网逆变器的谐振问题，主要包括电容支路串电阻的无源阻尼方法，基于电容电流反馈、电容电压反馈、多状态变量组合反馈或者并网电流反馈等有源阻尼方法，上述方法都可以抑制LCL谐振尖峰，但有源阻尼相较于无源阻尼方法，其实现方式灵活多变，并且无需额外功耗，在工程应用中更具有优势。并网电流反馈有源阻尼方法因仅需并网电流传感器，不但减小硬件成本，而且提高系统的可靠性。其中基于高通滤波器的GFCAD控制方法更是由于实现简单且未引入噪音干扰而获得广泛研究和应用，但是并没有研究分析控制系统延时对该策略的影响。

并网逆变器在数字控制下将存在固有的控制延时，其对有源阻尼效果的影响较大，且会改变其等效虚拟阻尼电阻的大小和正负方向。而虚拟电阻在LCL谐振频率处的特性是至关重要的，直接关系逆变器的工作性能。电网阻抗引起的鲁棒性问题，根本原因是有源阻尼方法所等效的阻尼电阻在LCL谐振频率的设计范围存在等于0的情况，而这一特性是由系统控制延时产生的，为解决上述有源阻尼通用的鲁棒性问题，可以通过采用预测电流技术、修改采样时刻或者修改脉宽调制方式来减少或消除系统的控制延时。其中：1)预测电流控制技术所采用的神经网络估计器、模糊控制器和自适应误差校正控制器等方法相对复杂，实施于并网发电工程上存在较大难度。2)修改采样方式所采用的即时采样及多次采样等方法，通过缩短采样时刻与占空比更新时刻之间的时间间隔，从而减小计算延时。但受采样延时的限制，无法实现占空比0到1的全范围变化；同时修改采样方式容易引入开关纹波和高频的开关噪声，影响控制系统的正常工作。3)修改脉宽调制方式所采用的双极性模式、双采样模式实时运算方法，不但能够完全消除一拍滞后的控制延时，而且能够不受占空比限制，但其要求采样延时及其占空比计算的时间不高于0.25倍开关周期，增加了工程上的应用难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，分析了控制延时对并网逆变器系统的稳定性影响，提供一种LCL型并网逆变器快速鲁棒单电流反馈控制方法，解决并网逆变器在数字控制下会存在固有的控制延时以及会改变等效虚拟阻尼电阻的大小和正负方向的问题，完全消除并网电流外环和有源阻尼内环一拍滞后的计算延时，并允许0.5倍开关周期的采样和占空比计算时间，同时解决目前LCL型并网逆变器需要额外传感器或者引入单电流反馈参数不易选取的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种LCL型并网逆变器的快速鲁棒单电流反馈控制方法，该方法包括：

1)在每个采样周期的起始点，LCL型并网逆变器的A/D采样电路对电网电压u_g，并网电流i_g，滤波电容电压u_c和LCL型并网逆变器的逆变电路直流侧电容电压U_dc分别进行采样，并将采样数据送给LCL型并网逆变器的控制模块处理；

2)并网电流i_g经过基于高通滤波器的并网电流反馈有源阻尼模块得到控制信号u₁；基于高通滤波器的并网电流反馈有源阻尼模块G_v(s)的表达式为：其中，ω_d、K_d分别为高通滤波器的截止角频率和增益，s＝jω，j是虚部单位符号；

3)并网电流i_g与给定并网电流指令信号i_ref作差得到信号e_i；

4)信号e_i经过并网电流准谐振控制器得到控制信号u₂；并网电流准谐振控制器G(s)的表达式为：

其中，K_p和K_r分别为准谐振PR控制器的比例系数和谐振增益，ω_r为截止频率；ω₀为基波角频率；

5)控制信号u₁和控制信号u₂作差得到LCL型并网逆变器控制信号u_d；