电压外环的双闭环并网LCL逆变器的矢量控制系统可如下得出；
[0123] 被控对象并网LCL滤波器的输入量U2d、U2q的表达式为
[0125]电流环控制器系统的状态空间变量为X2d与x2q，其状态空间方程为：
[0129]将电容电流由状态变量电网侧电流与变流器侧电流推导得出，将输出方程转化 为：
[0131] 进而得出：
[0133]同时将式(20)写作矩阵形式得：
[0135]这样便构成了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，即 为是有源阻尼控制策略，其中，dq轴电流指令匕与心为系统输入，dq轴电容电压uCd与uCq、dq 轴电网侧电流iid与iiq、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，该闭环控制系统为8阶，若取dq轴变流器侧电流i2d与i2q同时为系统输出，那么可以 给出该系统的状态空间方程如下：
[0139] 本发明所提出的降维观测器以及其所属控制方法在DSP中利用C语言程序实现，将 估计的电容电流前馈至电压指令后再控制电网侧变流器的IGBT开通与关断，观测器估计的 电容电流及其谐振频率分量的数字量，经过DSP数字/模拟变换DA输出后的波形进行分析， 进而判断该降维观测器的有效性。
[0140] 结合以下的仿真结果和分析对本发明的应用效果做进一步的说明：
[0141] 本发明根据上述降维观测器的设计方法，建立基于MATLAB/Simulink离散仿真系 统模型，忽略电力电子器件的动态过程而视为理想开关，比较永磁直驱风电系统并网LCL滤 波器处无/有阻尼控制的特性，电网侧变流器的控制方式为基于电网电压定向的双闭环矢 量控制策略，变流器输出电流dq轴内环与直流母线电压外环，计算机仿真模型参数如下：
[0142] 表1计算机仿真模型的系统参数
[0145] 分析基于降维观测器的有源阻尼控制系统特性，通过观测器估计的并网点电流进 而求出的电容电流与实际电流对比图4~图6所示；
[0146] 由图4~图6电容电流波形的波峰波谷位置关系得出，本发明提出的降维观测器可 估计出电容电流量及其谐波分量，基于该降维观测法的LCL并网逆变器相关控制效果如图7 和图8所示；
[0147] 由图7、图8所示的相关控制效果看出，基于该降维观测法的LCL并网逆变器可有效 地将间歇性发电系统进行并网，在对入网电流进行有功和无功控制的同时，更重要的是能 降低谐波电流，变流器侧电流、并网输出电流、电容电流的频谱分析如图9所示。
[0148]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于并网LCL滤波器系统降维观测器的设计方法，其特征在于，该基于并网LCL 滤波器系统降维观测器的设计方法包括:进行3s/2r变换后，在dq轴上给出基于并网LCL滤 波器系统的降维观测器状态方程与输出方程，通过估计出的电网侧电流与采样得到的变流 器侧电流求出电容电流，求出电流闭环控制中变流器电压，进而，得到电流环控制器系统与 并网LCL滤波器被控对象合成的闭环系统。2. 如权利要求1所述的基于并网LCL滤波器系统降维观测器的设计方法，其特征在于， 并网LCL滤波器系统状态空间dq轴电容电压UM与u Cq、dq轴电网侧电流ild与ilq以及dq轴变流 器侧电流i 2d与i 2q为系统状态变量，而其中变流器侧电流i 2d与i 2q可由变流器侧电流传感器 直接获得； 在dq轴上的状态观测器，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 程式整理为：I 并网LCL滤波器的输出方程式整理为：由于rank{[l O 0]} = 1，故需要重构的状态变量为[h uc]T，即将原系统分解为两个子 系统，分别为不需要重构的子系统与需要重构的子系统，其中不需要重构的子系统称为非 重构子系统，为式（1)第一行；需要重构的子系统称为重构子系统，非重构子系统的表达式 为：其中，等号后第二项为重构子系统到非重构子系统的耦合矩阵，故定义该矩阵为重构 子系统的输出，又由于其为1阶，故表示为η如下所示：则重构子系统的表达式为：丨： 重构子系统的特征多项式：极点实部为〇在虚轴上，故需要将观测器的期望极点设计在左半平面，即具有负实部， 期望观测器的极点为Pl = _Pr+Pi · j、P2 = -pr_Pi · j，观测误差反馈矩阵为Α，表示为：为了估计[ii ue]T，需要对重构子系统设计基本观测器如下：将其4项移至等号左侧，并对式(8)作变换写作：I： 定义降维观测器的状态为：根据降维观测理论，该观测器的状态空间方程：那么观测的状态变量表达式为：由此得到降维观测器的特征方程：则配置观测误差反馈矩阵与降维观测器极点实部与虚部的关系有：3.如权利要求1所述的基于并网LCL滤波器系统降维观测器的设计方法，其特征在于， 所述基于并网LCL滤波器系统降维观测器的设计方法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：由于采用基于变流器侧电流闭环的矢量控制策略，故该系统输出向量为： C〇=[0 0 0 0 1 0] (16) 根据定常系统可观性的代数判据，并根据式(18)、式(19)求出系统可观性矩阵为：I 经过计算，系统可观性矩阵Qo的秩为： rankQ〇 = 6 (18) 故并网LCL滤波器系统是完全可观的。4.如权利要求1所述的基于并网LCL滤波器系统降维观测器的设计方法，其特征在于， 所述基于并网LCL滤波器系统降维观测器的设计方法带dq轴电流内环、直流母线电压外环 的双闭环并网LCL逆变器的矢量控制系统如下得出； 被控对象并网LCL滤波器的输入量U2d、U2q的表达式为：电流环控制器系统的状态空间变量为X2d与X2q，其状态空间方程为：其系统输出方程为：将电容电流由状态变量电网侧电流与变流器侧电流推导得出，将输出方程转化为：进而得出：同时将式(20)写作矩阵形式得：构成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，即为是有源阻尼 控制策略，其中，dq轴电流指令· 4与C1为系统输入，dq轴电容电压ucd与uCq、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，该闭环 控制系统为8阶，若取dq轴变流器侧电流i 2d与i2q同时为系统输出，给出该系统的状态空间 方程如下：传递函数形式表达为：
【专利摘要】本发明公开了一种基于并网LCL滤波器系统降维观测器的设计方法，基于状态观测器的有源阻尼控制方法，通过前馈观测出电容电流以抑制系统谐振，对于完全可观系统，即可重新构造一个系统利用原系统可直接测量的变量，例如输入量、输出量，作为输入信号，使其输出量在一定指标下与原系统状态变量等价，在对并网LCL滤波器系统的可观性分析论证为完全可观系统后，便可通过LCL滤波器系统的输入、输出量进行对系统状态变量的估计，以期达到节省附加传感器及提高系统可靠性的目的。本发明基于该降维观测法的LCL并网逆变器可有效地将间歇性发电系统进行并网，在对入网电流进行有功和无功控制的同时，更重要的是能降低谐波电流。
【IPC分类】H02J3/38, H02J3/01
【公开号】CN105449677
【申请号】CN201510795709
【发明人】张磐, 项添春, 宋国旺, 郄伟, 李德强, 司威, 纪明, 苏靖宇
【申请人】国网天津市电力公司, 国家电网公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月18日