一种用于lcl并网逆变阻尼控制的降维观测器的制造方法

文档序号:7383647
一种用于lcl并网逆变阻尼控制的降维观测器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器,设置降维观测器的电压状态变量;降维观测器的电流状态变量;以电压、电流状态变量为变量的观测器的状态空间方程;用于表示电压、电流状态变量的观测误差反馈矩阵。本发明省去了传统控制器中电容电压或电容电流采样的传感器,通过前馈观测出电容电流进而抑制了系统谐振,提高了系统的可靠性。
【专利说明】—种用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器
【技术领域】
[0001]本发明属于新能源发电及并网技术、数字控制技术、电力电子技术以及运动控制技术【技术领域】,尤其涉及一种用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器。
【背景技术】
[0002]间歇性发电系统,补充传统发电方式以解决电力市场需求,其作为清洁能源发电也日趋推广成熟。接入电网的电力电子设备增多,此类系统的发电机容量、发电厂(场)规模逐年增加。
[0003]为了提高新能源发电系统并入电网电能的质量、降低变流器型并网系统的开关次谐波含量,大容量并网LCL滤波器多用于并网侧变流器中。LCL滤波器不仅适用于间歇性发电系统的并网,也适用于其他非旋转设备的变流器型并网系统。LCL滤波器在减少并网处电流开关次谐波的同时,更是降低了滤波器的电抗总容量。但LCL滤波器也存在自身的缺点,该LCL滤波器的电气结构使得系统具有谐振频率点,对整个发电系统的稳定运行造成影响。为此产生了提高LCL滤波器稳定性的方法,即LCL滤波器的阻尼控制策略。
[0004]LCL并网逆变器多为三相系统,包括逆变器与LCL滤波器。LCL滤波器为系统被控对象,不考虑电网电压故障及各元件寄生参数。若电网为强电网且开环系统输入为逆变器电压U2、输出为i2,被控对象LCL滤波器本身具有谐振点。若米用基于电网电压定向的矢量控制方式,其控制原理是在dq轴上实现的,得出LCL滤波器的谐振极点在虚轴上,属于临界稳定的情况。而由于坐标变换的原因在dq轴系统中谐振频率则为f;es±50Hz。在并网变流器的控制策略中,带dq轴电流内环、直流母线电压外环的双闭环构成并网LCL逆变器的矢量控制系统。
[0005]目前,在满足单位功率因数控制前提下,如何提高系统稳定性以消除谐振极点引入的系统不稳定成为关键。结合dq轴控制策略,对于LCL并网结构加入阻尼项以改变系统的谐振极点位置,提高系统的稳定性。根据阻尼因子引入方式的不同,业界普遍将其分为无源阻尼控制与有源阻尼控制。从被控对象并网LCL滤波器本身的电路结构考虑,将LCL滤波器中加入阻尼电阻,改变系统硬件电路的构成以改变闭环控制系统的特性。一般在额定状态下,电容上的电流为额定并网电流的10%以下,为降低加入电阻后额外的电能损耗,在电容支路串联加入阻尼电阻R,有学者也给出结论:电容支路串联电阻是损耗最低的无源阻尼控制方式。
[0006]加入无源电阻R可以提高系统的稳定性,系统在谐振频率附近的阻尼变大,系统谐振模态被激发以致系统崩溃的可能性减小。但引入电阻R不仅会增加系统运行时的损耗,更会降低系统的可靠性(电阻熔断将造成三相不对称,或失去电容作用而向电网注入谐波增加,甚至会发生停机故障),故不使用无源电阻而通过变流器控制系统谐振频率附近阻尼的方法值得研究与讨论,这种提高阻尼的方法称为有源阻尼。
[0007]目前,有源阻尼方法为增加I型闭合回路,引入电容电流前馈至输入电压处,人为制造阻尼环节以产生系统阻尼因子消除谐振。通过调节前馈比例系数Kcp以校正系统特征根,达到有源阻尼的目的。电容电流可以通过增加电容电流传感器采样得到,也可以增加电网侧电流传感器再与原有变流器侧电流传感器采样相减得到。两种电容电流前馈的方式,分别在ABC坐标系下实现与dq坐标系下实现。由于两种方法等价,故仅给出在dq轴下电容电流前馈,则在并网变流器的控制策略中,带dq轴电流内环、直流母线电压外环的双闭环构成并网LCL逆变器的矢量控制。电流环控制器与并网LCL滤波器合成的系统状态空间表达形式,这便是有源阻尼控制策略。其中,dq轴电流指令&与4为系统输入,dq轴电容电压Ucd与Uap dq轴电网侧电流ild与ilq、dq轴变流器侧电流i2d与i2q、dq轴电流环PI调节器状态X2d与X2q为状态变量。

【发明内容】

[0008]本发明实施例的目的在于提供一种用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器,旨在解决现有技术因采用电容电压或电容电流采样的传感器,无法避免地引入采样通道的高次谐波,对控制过程带来干扰并导致系统不稳定等问题。
[0009]本发明实施例是这样实现的,一种用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器,该用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器包括:用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器包括:降维观测器的电压状态变量;降维观测器的电流状态变量;以电压、电流状态变量为变量的观测器的状态空间方程;用于表示电压、电流状态变量的观测误差反馈矩阵。
[0010]进一步,该用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器的电压状态变量包括dq轴电容电压Ucd与%,降维观测器的电流状态变量包括dq轴电网侧电流ild与ilq以及dq轴变流器侧电流i2d与i2q为系统状态变量,而其中变流器侧电流i2d与i2q可由变流器侧电流传感器直接获得,实现了在dq轴上的状态观测器。
[0011]进一步,实现在dq轴上的状态观测器具体的方法为:
[0012]首先分析单相系统的情况;并网LCL滤波器的单相系统微分方程式可整理为:
[0013]
【权利要求】
1.一种用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器,其特征在于,该用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器包括:用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器包括:降维观测器的电压状态变量;降维观测器的电流状态变量;以电压、电流状态变量为变量的观测器的状态空间方程;用于表示电压、电流状态变量的观测误差反馈矩阵。
2.如权利要求1所述的用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器,其特征在于,该用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器的电压状态变量包括dq轴电容电压uM与U。,,降维观测器的电流状态变量包括dq轴电网侧电流ild与ilq以及dq轴变流器侧电流i2d与i2q为系统状态变量,而其中变流器侧电流i2d与i2q可由变流器侧电流传感器直接获得,实现了在dq轴上的状态观测器。
3.如权利要求2所述的用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器,其特征在于,实现在dq轴上的状态观测器具体的方法为: 首先分析单相系统的情况;并网LCL滤波器的单相系统微分方程式可整理为:
4.如权利要求1所述的用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器,其特征在于,用于并网逆变的降维观测器,在具体参数设计前应判断系统可观测性;由LCL滤波器系统状态空间描述分析可知,系统状态矩阵为:

5.如权利要求3所述的用于LCL并网逆变阻尼控制的降维观测器,其特征在于,被控对象并网LCL滤波器的输入量u2d、U2q的表达式为:
【文档编号】H02J3/01GK104022511SQ201410229180
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】李隆基, 刘宝成, 唐庆华, 郗晓光, 满玉岩, 张弛, 王浩鸣, 李维博, 李琳 申请人:国家电网公司, 国网天津市电力公司
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