光伏并网逆变器自适应准prd控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光伏并网逆变器自适应准P畑控制方法。属于光伏并网逆变器控制技 术领域。
【背景技术】
[0002] 随着传统能源的消耗和光伏发电技术的日益成熟，其应用范围也在不断扩大，为 了解决偏远地区、海岛等分散用户的用电问题，并充分利用当地丰富的可再生能源，光伏发 电已开始在该些地区得到推广与应用。但是上述地区的电网通常为电网的末端，因其与发 电侧之间要经过较长的输电线路和多级变压环节，联系变弱，等效的线路阻抗增大，此时的 电网呈现出弱电网的特性。而光伏并网逆变器作为连接光伏发电装置与电网的关键设备， 在其设计过程中通常并未考虑电网的实际情况，W至于在实际应用中，由于受电网阻抗的 影响，系统性能并不总能达到理想的控制效果。
[0003] 经分析，变化的电网阻抗会对并网逆变器控制性能产生较大影响，甚至容易导致 系统不稳定。当电网阻抗增大时，开环控制系统的带宽会减小，该将导致系统的动态响应性 能降低，同时，随着电网阻抗中感性成分的增加，电网等效电感极易与逆变器输出滤波器产 生谐振，而且电感越大，谐振频率越小，谐振峰值越大，因此会影响系统的稳定性，并引起并 网电流中的谐波含量增加等电能质量问题。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决现有光伏并网逆变器对电网阻抗变化适应性差，和弱电网下光 伏并网系统的稳定性差的问题。现提供光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法。
[0005] 光伏并网逆变器自适应准P畑控制方法，它包括W下步骤：
[0006] 步骤一、通过逆变器W扰动电流注入法向电网中注入设定频率的扰动电流，然后 利用检测元件检测出并网点处的电压和电流响应，再结合信号处理技术，分离出所注入特 定次谐波分量的模值，根据该模值获得等效的电网电阻Rg和电网电感L,，
[0007] 步骤二、将逆变器桥臂输出的正弦脉宽调制电压等效为一个电压源，并根据步骤 一中获得的电网电阻Rg和电网电感Lg，建立LC型单相光伏并网逆变器并网电流控制回路 的受控对象的传递函数G。(S)，对该传递函数G。(S)进行离散化，得到相应的离散化表达式 G〇(z_i)，
[000引步骤S、采用准P畑控制器作为电流内环的控制器，准P畑控制器的传递函数表达 式为
【主权项】
1.光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，其特征在于，它包括以下步骤： 步骤一、通过逆变器以扰动电流注入法向电网中注入设定频率的扰动电流，然后利用 检测元件检测出并网点处的电压和电流响应，再结合信号处理技术，分离出所注入特定次 谐波分量的模值，根据该模值获得等效的电网电阻Rg和电网电感Lg， 步骤二、将逆变器桥臂输出的正弦脉宽调制电压等效为一个电压源，并根据步骤一中 获得的电网电阻Rg和电网电感Lg，建立LC型单相光伏并网逆变器并网电流控制回路的受控 对象的传递函数G。(s)，对该传递函数G。(s)进行离散化，得到相应的离散化表达式G。(^1)， 步骤三、采用准PRD控制器作为电流内环的控制器，准PRD控制器的传递函数表达式为
其中，Kp为准PRD控制器比例系数，L为准PRD控制器谐振系数，Kd为准PRD控制器微 分系数，为基波对应的角频率，《。为截止角频率，为低通滤波环节，t为滤波环 节中的延迟时间； 对准PRD控制器的传递函数G。(s)进行离散化，获得其离散化表达式G。(f1)，对离散化 表达式Gjf)进行变换得到差分方程： u(k) =b〇e(k) +13# (k_l) +b2e(k_2) +b3e(k_3)-ap(k_l) _a2u(k_2) _a3u(k_3)， 其中，k为采样步数，u(k)为第k个采样周期内，准PRD数字控制器的输出量，e(k)为 控制器的输入量，也即给定电流与实际电流的差值，^和、为系统参数，i= 1，2,3;j= 1， 2,3 ； > 步骤四、根据准PRD控制器理想闭环极点的位置，获得理想的闭环特征方程Am (厂〇，根 据步骤二得到的受控对象传递函数G。(厂〇和步骤三得到的准PRD控制器传递函数G。(厂〇， 获得系统实际的闭环特征方程A。(厂1)，令A。(厂〇 =Am (厂1)，获得准PRD控制器的控制参数 Kp、&、Kd与电网电阻Rg和电网电感L8的关系式，当电网电阻Rg和电网电感Lg发生变化时， 逆变器根据步骤三中的差分方程实现准PRD控制器的输出，以实现自适应准PRD控制器对 光伏并网逆变器的控制。
2. 根据权利要求1所述的光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，其特征在于，步骤一 中，扰动电流注入法采用的是双谐波电流扰动注入法，即注入的扰动电流中包含两种频率 的谐波，频率分别为400Hz和600Hz的谐波电流，扰动注入的位置为并网电流的给定处，扰 动注入的方式为间歇性的注入到电网中。
3. 根据权利要求1或2所述的光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，其特征在于，步 骤一中，根据该模值获得等效的电网电阻Rg和电网电感L8的过程为： 由于不同频率的电网阻抗之间存在以下的关系：
其中，Zi表示400Hz下的电网阻抗的模值，Z2表示600Hz下的电网阻抗的模值，《 :表 示第一种频率对应的角频率值，表示第二种频率对应的角频率值，2 31f\，《2 = 2jif2， 忽略不同频率下电阻Rg和电感Lg的微小差别，则电网电感Lg和电网电阻R8的计算公 式如下：
4. 根据权利要求1所述的光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，其特征在于，步骤二 中，建立LC型单相光伏并网逆变器并网电流控制回路的受控对象的传递函数G。(s)，对传递 函数Gjs)进行离散化，得到相应的离散化表达式Gjf)的过程为： 建立关于L和C的动态方程，经拉普拉斯变换后，获得复频域上的表达式：
式中，vg为电网电压，vinv为逆变器桥臂输出的正弦脉宽调制电压，L为滤波电感，C为 滤波电容，ig为并网电流，U为电感电流，s为复频域中引入的一个复变量， 将LC滤波器等效为单L结构，因此得到滤波电感电流到逆变器输出电压的传递函数 为：
将逆变器等效为一个增益环节KPWM，建立LC型单相光伏并网逆变器并网电流控制回路 的受控对象的传递函数为：
对上式进行离散化，得到LC型单相光伏并网逆变器并网电流控制回路的受控对象的 离散化樽型如下：
其中，厂1为滞后环节，指将采样信号延迟1个采样周期，
T为采样时间。
5. 根据权利要求1所述的光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，其特征在于，步骤四 中，根据准PRD控制器理想闭环极点的位置，获得理想的闭环特征方稈〇的过程为： 设准PRD控制器的两个理想闭环主导极点为
另一个理想闭 环非主导极点为：s3=-m| ?n，m>5， 其中，I表示控制系统的阻尼系数，表示系统的谐振角频率，j是虚轴的单位， 根据闭环极点的位置得到S域上的闭环特征方程： Am(s) = (s-sD(s_s2) (s_s3)， 再将s域上的闭环特征方程经离散化，转换到z域，得到z域上的理想闭环特征方程： Am(z:) =l+amlz2+am3z3, 其中，aml=-2e-"cos炉-e-抓'am2=e-2<T + 2e-(m'C〇Sp,am3=e_(m+ 2) 0，
o=?n |T，厂2为滞后环节，指将采样信号延迟2个采样周期，，为滞后 环节，指将采样信号延迟3个采样周期。
6. 根据权利要求1所述的光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，其特征在于，步骤 四中，根据步骤二得到的受控对象传递函数G。(厂〇和步骤三得到的准PRD控制器传递函数 G。(厂获得系统实际的闭环特征方程Ajf)的过程为： 将控制回路的受控对象的传递函数的离散化表达式Gjf)表示为： 10 ?u(k) = (1+g乂(k)， 再将准PRD控制器的离散化传递函数Gjf1)表示为： F(z_1)u(k) =G(z_1) [yr (k)-y(k)], 结合Gjf)和Gjf)这两个关系式，得到实际系统的闭环传递函数为：
因此，实际系统的闭环特征方程为： Ac(z_1) = (l+g1z_1)F(z_1)+z_1l0G(z_1), 其中，F(z-1) = 1+a乂1+a2z-2,G(z-1) =bd+bizH+b；^2,a"a2,b。，b"b2为系数。
7.根据权利要求1、5或6所述的光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，其特征在于， 步骤四中，令A。(厂〇 =Am (厂1)，获得准PRD控制器的控制参数Kp、K,、Kd与电网阻抗R8、1^的 关系式为： V =现。~KP+AKP V =f2(Rg，Lg) ~Kr+AKr， 当电网阻抗增大时，为保证系统的稳定性，Kd通常应适当的减小，所以准PRD控制器的 控制参数Kd为： V =Kd+AKd， 其中，AKd的变化趋势与电网阻抗Rg、Lg的变化趋势相反，K/为自适应控制后准PRD控制器的比例系数，fiO^Lg)为准PRD控制器的比例系数Kp'由电网电阻和电感所表示的 函数关系式，A&为电网阻抗发生变化后，得到的新的比例系数在原比例系数基础上的变 化量，K,'为自适应控制后准PRD控制器的谐振系数，f2(Rg，Lg)为准PRD控制器的谐振系数 V由电网电阻和电感所表示的函数关系式，A&为电网阻抗发生变化后，得到的新的谐 振系数在原谐振系数基础上的变化量，Kd'为自适应控制后准PRD控制器的微分系数，AKd 为电网阻抗发生变化后，得到的新的微分系数在原微分系数基础上的变化量。
【专利摘要】光伏并网逆变器自适应准PRD控制方法，涉及光伏并网逆变器控制技术领域。本发明是为了解决现有光伏并网逆变器对电网阻抗变化适应性差，和弱电网下光伏并网系统的稳定性差的问题。本发明所述的通过扰动电流注入法向电网中注入特定频率的扰动电流，然后基于闭环极点参数配置的原则得到电流控制器参数与电网阻抗的关系式，当电网电阻Rg和电网电感Lg发生变化时，实现对控制器参数Kp、Kr、Kd的自适应调节，以适应不断变化的电网阻抗，提高了光伏并网逆变器控制系统的适应性与稳定性。它可用于对光伏并网逆变器的控制。
【IPC分类】H02J3-38, H02J3-01
【公开号】CN104810859
【申请号】CN201510278698
【发明人】王卫, 刘桂花, 刘鸿鹏, 曹小娇, 吴辉, 徐殿国
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月27日