[发明专利]逆变器自适应谐振抑制的电容电流反馈系数求取方法

权利要求书

1.逆变器自适应谐振抑制的电容电流反馈系数求取方法，其特征在于：以LCL型并网逆变器作为控制对象，当电网阻抗发生波动时，LCL滤波器谐振频率发生改变，固定的电容电流反馈系数不满足宽范围的电网阻抗变化；通过电网阻抗的估计，并运用简化的劳斯判据得到电容电流反馈系数H1的取值范围，从而实现在线自适应调节反馈系数大小，应对宽范围的电网阻抗变化，保证系统安全稳定运行；具体按照以下四个步骤实施：

步骤1：建立LCL型并网逆变器的数学模型，推导出电容电流反馈方法抑制谐振的开环传递函数；具体为：

针对两电平逆变器、T型三电平逆变器电压源型逆变电路拓扑，其电网侧电感L_xm由L_xg和L_x2两部分构成，计算公式如下：

L_xm＝L_x2+L_xg (1)

其中，L_x2为LCL滤波器的电网侧电感，L_xg为电网线路可变电感；

在并网电流比例控制的基础上，推导出系统开环传递函数G_open(s)为：

写出主电路在s域下的传递函数，s域是指复频域，其中变量s为复频率，H₁为电容电流反馈系数，G_p为比例控制系数，G_inv为逆变器的传递函数，G_inv为延迟系数G_d和K_pwm的乘积，G_d延迟控制系数，K_pwm为增益系数；C_x为LCL滤波器的电容，L_x1为LCL滤波器的逆变侧电感，H₂为并网电流反馈系数；由于电阻对谐振有阻尼作用，电网阻抗会带来最坏的影响，因此忽略电网电阻；

步骤2：对劳斯判据进行分析与合理简化；具体为：

为了处理电网阻抗实时变化的问题，得到应对电网阻抗变化的自适应电容电流反馈系数，利用简易劳斯判据进行在线稳定性判断；

假定，在s域中系统闭环传递函数如下所示：

a₀sⁿ+a₁s^n-1+a₂s^n-2+...+a_ns⁰＝0 (3)

其中，a_x是多项式的系数，x＝1,2,...,n；其系数作为一组劳斯数组，sⁿ、s^n-1、s^n-2、…s⁰为s域下传递函数的各个阶数，c_1，n+1为根据劳斯表所计算出来的系数；按照表1进行排列；

表1劳斯表

劳斯判据判断稳定性的充要条件是表1中第一列系数全为正数；然而，在排列表1时会出现两种特殊情况：

情况(1)为表1中第一列系数出现0，但其它列系数不全为0的情况；针对这种情况，将第一列系数中的0替换为一个很小的正数ε，按照表1中的公式继续计算其余系数；

情况(2)为表1中任意一行系数全部为0的情况；针对这种情况，选该全零行的上一行的所有系数重新构建一个辅助方程，将辅助方程对s进行求导，得出的导数方程系数替换该全零行；

实际系统运用过程中，当情况(1)出现时，未知控制参数之间的代数运算越来越复杂；针对这种情况提出简易的劳斯判据；

步骤3：求取闭环传递函数和系统特征方程，运用简化的劳斯判据进行在线稳定性分析，获得电容电流反馈系数H₁的取值范围；具体为：

根据LCL型并网逆变器模型的开环传递函数，得出其闭环传递函数Ф(s)如下所示：

该系统的特征方程如下所示：

a₀s³+a₁s²+a₂s¹+a₃s⁰＝0 (5)

其中，a₀＝L_x1L_xmC_x,a₁＝L_xmC_xH₁G_inv；

a₂＝L_x1+L_xm,a₃＝H₂G_invG_p；

因此，将该系统的系数按照表1的规则进行排列，得到表2，进行在线稳定性分析，得出电容电流反馈系数取值范围；

表2考虑电网阻抗的LCL滤波器闭环传函劳斯表

若要实现该系统稳定，表2中第一列系数需大于0，其具体表达式为：

对(6)式进行化简可得：

步骤4：得到电容电流反馈系数H₁的最终取值；

由式(7)得出，当系统处于稳定状态时电容电流反馈系数H₁的范围，根据该式在实际运用中选取合适的H₁有效地抑制系统振荡；当电网阻抗发生变化时，实时调节H₁的值来抑制系统振荡，使系统一直运行在稳定状态下；由于忽略电网电阻，但是电网电阻对谐振有抑制作用，因此电容电流反馈系数H₁最终的取值为：

2.根据权利要求1所述的逆变器自适应谐振抑制的电容电流反馈系数求取方法，其特征在于：所述步骤2中，简易的劳斯判据为：当ε出现时，在下一项操作中直接消除分子含ε的项；这是因为在劳斯稳定性判据中，ε是一个非常小的正数，它出现在分子上时，在判断第一列系数是否全大于0时，该项将会减小到0；与ε项相比，常数项才是影响正负的关键，所以在表1中，考虑常数项的正负值，分子为ε的系数直接为0；对于分母中的ε，除去带ε的项还存在其他常数项，则分母中带ε的项直接去除；运用该方法，简化计算过程，且不影响稳定性的判断结果。