[发明专利]基于电流型并网系统的宽范围频率自适应控制方法

说明书

本发明公开了基于电流型并网系统的宽范围频率自适应控制方法，当逆变器并网运行时，由于电网的频率突变使逆变器输出畸变使谐波失真继而出现电流震荡的情况，在此种情况下，系统的不稳定性会对用电设备、逆变器模块本身产生很大影响，为了满足市场需求，实现电网频率在更宽范围(45Hz‑55Hz)内突变，逆变器系统具有良好稳定性，本发明在考虑了电网频率突变的前提下，提出了宽范围频率自适应控制(Frequency Adaptive)策略，以实现系统稳定运行。

技术领域

本发明属于电气控制领域，尤指一种基于电流型并网系统的宽范围频率自适应控制方法。

背景技术

随着传统化石能源的日益枯竭，光伏发电、风力发电等新能源发电系统异军突起，成为近年来研究的热点。新能源发电系统通常经逆变器接口实现并网运行，为提高逆变器入网电流的电流质量和系统稳定性，根据不同电网状态及电网频率突变情况，合理设计逆变系统控制方案具有重要的意义。

单相并网逆变器使用电流环控制方式，对于电网频率突变的情况，国内外学者有过深入研究，但是通常情况下，电网频率在49.5Hz-50.5Hz之间变化，保持45Hz-55Hz之间宽范围的电网频率变化，很少有人涉及。

大部分学者使用重复控制对电网频率自适应，如：2020年李伟峰等人在《电力系统保护与控制》上发表的：“新型频率自适应复合重复控制及并网逆变器应用”及2017年陈磊等发表的“LCL型并网逆变器新型频率自适应重复控制方法”均使用了重复控制，而这种方法通常会使控制系统性能下降，因为取值参数精度限制，使重复控制内模的谐振频率偏离电网基波和谐波频率的实际值，同时控制复杂且大大增大程序内存，需要内模滤波器提高鲁棒性，一般使用低通滤波器或低通滤波器和陷波滤波器的合成、抑或巴特沃斯滤波器抑制高频谐波，且用巴特沃斯滤波器一般使用2阶以上，由于使用了滤波器对相位的影响，需要额外设计相位超前补偿器来补偿低通滤波器引起的相位滞后等问题。

发明内容

综合考虑以上问题，本发明在考虑了更宽的电网频率(45Hz-55Hz)波动范围的前提下，使用了简单的二阶低通滤波器，巧妙的运用了二阶低通滤波器本身具有滤波功能及相位延时，避免使用二阶低通滤波器后的相位补偿环节，同时使形成的β坐标系具有不受外界电网谐波的影响，避免q轴锁相后将电网谐波影响到锁相后的相角，只是用了查表与曲线拟合相结合的方式，提高精度，将β坐标系准确拟合，有效解决了电网频率突变引发的输出电流震荡问题，真正意义上实现频率自适应。

1.1并网逆变器阻抗建模

根据图1中，通过对电网电压V_pcc采样后锁相处理,锁相环采用传统的PLL，使用拟合的β坐标系，进行dq变换后，以0为基准q轴值为采样进行闭环，得到电网角频率wt，而后使用获得的角频率wt对输出电流采样i₂进行αβ--dq变换，将d轴电流采样i_2d与电流基准i₂^*作比较，将q轴电流采样i_2q与电流基准0作比较，分别经过比例积分调节器(PI调节)后将PI调节后输出作为电容电流i_c内环基准，对电容电流采样做dq变换后得到i_cd、i_cq，分别与电容电流内环基准作比较进行比例(P)调节，最后进行dq--αβ反变换后，与PWM比较后形成占空比驱动开关管，整个过程实现了输出电流外环电容电流内环的闭环处理，内环使用电容电流内环的有源阻尼方案目的是：增大逆变器阻尼。

将电网电流外环电容电流内环双闭环环路进行模型化处理，构建并网逆变器小信号模型，可以推导出开环传递函数T、闭环传递函数G_CL及闭环输出导纳Y_CL如公式1、2、3所示：