[发明专利]LC型三相并网逆变系统单环控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源并网控制技术，特别涉及一种基于比例复数积分PCI和重复并联复合控制的LC型三相并网逆变系统单环控制方法。

背景技术

近年来，石油、煤炭以及天然气等不可再生能源的供应日趋紧张，开发利用风能和太阳能等新能源越来越被人们所重视。然而在对新能源开发与利用的过程中，合理设计并网逆变控制系统十分重要。一般情况下，对于并网逆变器的控制而言，主要有两个指标，一是被控输出电流与电网电压同频同相，二是被控输出电流的谐波畸变率(THD)满足相关并网标准。

并网逆变器被控输出电流必须经过滤波器才能滤除高次谐波，目前较为常用的滤波器主要有L型、LC型以及LCL型三种。其中对于L型滤波器而言，其结构最简单，但滤波效果较差；对于LC型滤波器而言，其主要适用于双模式下，且在并网时滤波电容C相当于本地负载，并无滤波作用；对于LCL型滤波器而言，滤波电容C起到高次谐波通道的作用，能一定程度的消除高次谐波，滤波效果最优，但是LCL型滤波器为三阶系统，存在谐振峰，且在谐振频率处增益较大，极易造成系统的不稳定。本发明采用电流源型逆变器时，信号由脉冲宽度调制(PWM)信号触发调制，同时电路输出电压在开关频率处会产生较多谐波，必须合理选取滤波器以消除谐波。相较于LCL型滤波器控制策略复杂，LC型滤波器控制简单，有利于并网逆变器的独立运行，常用于工程实践之中。现阶段对于并网逆变器控制策略的研究主要集中于电流控制型和电压控制型两种。对于电流控制型而言，控制方式主要有于比例积分控制(PI)、比例谐振控制(PR)以及模糊控制等多种类型，每种控制方法各有优缺点；对于电压控制型而言，控制方式主要有恒功率(PQ)控制、恒压/恒频(V/F)控制以及下垂(Droop)控制三种。综合以上两方面的分析，研究LC型滤波并网逆变控制方法具有十分重要的理论意义和实际意义。

发明内容

本发明是针对并网逆变器控制存在的问题，提出了一种LC型三相并网逆变系统单环控制方法，能够直接有效控制交流量的方法，同时结合LC型滤波器进行滤波，使得逆变电流满足功率因数并网要求，谐波畸变率符合相关标准。该方法为单环控制，直接用于控制交流变量，无需进行坐标变换，节约整个系统成本，提高并网电流波形质量、跟踪精度以及功率因数，同时能够确保整个控制系统的安全稳定运行。

本发明的技术方案为：一种LC型三相并网逆变系统单环控制方法，LC型三相并网逆变系统包括直流输入电压源U_dc、基于脉冲宽度调制控制的三相逆变器、LC滤波器，电网线路等效电阻R_a、R_b、R_c，一个网侧三相电流检测变送器、三个用于对电流误差信号进行调节的比例复数积分PCI控制器和三个用于对电流误差信号进行调节的重复控制器，首先在网侧三相电流检测变送器的作用下，获取三相实际并网电流i_a、i_b、i_c，并将该值与对应的三相指令电流i_aref、i_bref、i_cref比较做差，得到对应误差信号；然后每项的误差信号流向对应的一个PCI与一个重复控制并联复合组成的控制器，经重复控制器进行控制获取输出信号和经PCI控制器进行控制获取输出信号相加，获取复合控制下总的输出信号，该总的信号流向PWM模块，并触发调制信号；最后经PWM模块输出开关驱动信号，该信号经驱动电路后控制并网逆变器开关管的接通与关断，进而控制并网逆变系统输出电流的幅值、相位以及电流质量。

所述PCI控制器的数学模型为：

系统对应PCI控制时闭环传递函数为：

其中ω为电网频率，ω₀为给定交流频率、K为PWM等效增益、I_ref(s)为指定电流参考量、I₀(s)为电流输出量；

PCI控制时系统闭环传函的幅频特性和相频特性，分别为

所述重复控制器的数学模型为：