本发明属于并网电流波形控制技术领域，具体涉及一种l型并网逆变器电流控制系统，本发明还涉及该系统的有源高频阻尼方法。
背景技术：
随着传统化石能源的严重消耗以及储量的日益减少，为满足能源需求，新能源得到了广泛开发与利用，并网技术也得到快速发展。现代发电系统几乎都需要并联到电力电网系统中，而并网对电能质量有很高的要求，这就需要对发电系统输出的电流控制以达到并网的要求，因此对并网逆变系统控制策略的研究非常有必要。
目前，并网逆变器控制策略繁多，但是不管电流源还是电压源变换器，通常都是通过控制电感电流来实现控制，并且电流内环控制增益总是决定着多环控制系统的允许带宽。在并网逆变系统中，l或者lcl滤波器通常被用来降低开关噪声，并且逆变器侧的输出电感电流通常被选作内环直接控制对象。这个电流环的状态反馈系数或者环路增益决定系统的稳定收敛速度。但是，在数字控制系统中增加电流控制裕度面临很大的挑战，尤其在小开关频率、小电感值的高功率设备中尤为明显。
由于数字控制器存在采样延迟和传递延迟，将会影响并网逆变器电流环的控制带宽。为解决该问题，可以使用较小的比例p控制器来实现系统运行的稳定裕度，使用谐振r控制器增加固定频段控制增益来解决在这些频段的谐波问题。但是，p控制器的参数大小的选择是有限制的，参数值越大，就会引入高频谐波问题，甚至导致系统不稳定。参数值越小，会影响稳定裕度，使稳态误差变大，出现低频谐波问题，而且增加控制增益和改善系统稳定裕度之间存在矛盾。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种l型并网逆变器电流控制系统，解决了现有数字控制器对于电流控制增益存在限制的问题。
本发明还提供了一种l型并网逆变器电流控制的有源高频阻尼方法。
本发明所采用的技术方案是，l型并网逆变器电流控制系统，包括前向通道和反馈通道，前向通道包括依次相连的比例控制器、时间延迟单元、控制对象，比例控制器输出端与控制对象输出端之间为预测单元cp，比例控制器的输入端与输出端之间为高频阻尼单元，电感电流参考值il-ref与反馈通道的反馈量
本发明的特点还在于，
比例控制器的输出经过时间延迟单元进行1.5拍的延迟后输出，延迟后的输出值与扰动量δv的误差值经控制对象输出得到控制对象的输出。
本发明另一种技术方案是，l型并网逆变器电流控制的有源高频阻尼方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，以电感电流il为输出的电流控制结构
控制对象的传递函数为
步骤2，将步骤1的电流控制系统等效为以预测电流
将电流预测单元cp以及反馈通道上的一拍时间延迟单元变换到前向通道，此时前向通道包括依次设置的比例控制器、1.5拍时间延迟单元、控制对象和预测单元，预测单元处于比例控制器输出端与控制对象输出端之间，从而步骤1的以电感电流il为输出的电流控制结构简化为一个以预测电流
步骤3，在步骤2得到的以预测电流
将步骤2的比例控制器的输出经过高频阻尼单元进行负反馈，高频阻尼单元与比例控制器形成新的控制环节，电感电流参考值il-ref与输出预测电流
本发明另一种方案的特点还在于，
步骤3中电流预测单元cp的表达式为：
其中，ts为采样周期，l为滤波电感。
步骤3中比例控制器输出分别通过电流预测单元cp和高频阻尼单元输出反馈，电流预测单元cp传递函数表达式为：
其中，kin为比例控制器增益，δ为阻尼系数，ts为采样周期，l为滤波电感。
步骤3中高频阻尼单元反馈表达式为：
其中，δ为阻尼系数，ts为采样周期。
步骤3中新的控制环节，其电感电流参考值il-ref与预测电流值
其中，kin为比例控制器增益，δ为阻尼系数，u(n)为加入高频阻尼后新的控制环节的输出值，u(n-1)为新的控制环节的输出值的前一拍的值，δie为电感电流参考值il-ref与预测电流值
本发明的有益效果：
扩大了电流控制增益的允许范围，通过简单改变比例控制器结构即可实现；
系统带宽和比例p参数在不影响系统稳定性的情况下得到改善，也减小了系统动态和静态误差，高质量的电流波形仅需通过比例控制器就可得到，电流预测单元cp和高频阻尼单元在数字控制系统中很容易实现，这也使得这种方法很易于应用在其他工程应用领域；
解决了数字控制器对于电流控制增益的限制，并且也提出了一种基于mpc方法补偿采样延迟的电流预测单元cp来减小延迟单元的影响，mpc控制本身就是一种基于模型的闭环优化控制策略，可以补偿时间延迟。
附图说明
图1是本发明l型并网逆变器电流控制的有源高频阻尼方法的带l型滤波器的并网逆变电路结构图；
图2是本发明l型并网逆变器电流控制的有源高频阻尼方法的并网逆变器系统电流控制环结构分析图；
图3是本发明l型并网逆变器电流控制的有源高频阻尼方法的电流控制系统结构简化框图；
图4是本发明l型并网逆变器电流控制系统的结构框图；
图5是本发明l型并网逆变器电流控制的有源高频阻尼方法的加入电流预测单元后控制系统框图；
图6是本发明l型并网逆变器电流控制的有源高频阻尼方法的加入预测单元后控制系统的等效框图；
图7是本发明l型并网逆变器电流控制的有源高频阻尼方法的加入高频阻尼单元后控制系统的框图；
图8是本发明l型并网逆变器电流控制的有源高频阻尼方法的加入高频阻尼单元后控制系统的等效框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明l型并网逆变器电流控制系统及其有源高频阻尼方法，在现有并网电流比例控制器基础上，引入了一种基于模型预测的闭环优化控制策略，即从补偿时间延迟的模型预测控制mpc方法中得到补偿采样延迟的电流预测单元cp，通过预测下一控制周期采样值来补偿数字控制器中的电流采样延迟，使得系统稳定裕度和增益范围增大。
本发明l型并网逆变器电流控制系统，如图4所示，包括前向通道和反馈通道，前向通道包括依次相连的比例控制器、时间延迟单元、控制对象，比例控制器输出端与控制对象输出端之间为预测单元cp，比例控制器的输入端与输出端之间为高频阻尼单元，电感电流参考值il-ref与反馈通道的反馈量
比例控制器的输出经过时间延迟单元进行1.5拍的延迟后输出，延迟后的输出值与扰动量δv的误差值经控制对象输出得到控制对象的输出。
本发明l型并网逆变器电流控制的有源高频阻尼方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，以电感电流il为输出的电流控制结构
控制对象的传递函数为
步骤2，将步骤1的电流控制系统等效为以预测电流
将电流预测单元cp以及反馈通道上的一拍时间延迟单元变换到前向通道，此时前向通道包括依次设置的比例控制器、1.5拍时间延迟单元、控制对象和预测单元，预测单元处于比例控制器输出端与控制对象输出端之间，从而步骤1的以电感电流il为输出的电流控制结构简化为一个以预测电流
步骤3，在步骤2得到的以预测电流
将步骤2的比例控制器的输出经过高频阻尼单元进行负反馈，高频阻尼单元与比例控制器形成新的控制环节，电感电流参考值il-ref与输出预测电流
步骤3中电流预测单元cp的表达式为：
其中，ts为采样周期，l为滤波电感。
步骤3中比例控制器输出分别通过电流预测单元cp和高频阻尼单元输出反馈，电流预测单元cp传递函数表达式为：
其中，kin为比例控制器增益，δ为阻尼系数，ts为采样周期，l为滤波电感。
步骤3中高频阻尼单元反馈表达式为：
其中，δ为阻尼系数，ts为采样周期。
步骤3中新的控制环节，其电感电流参考值il-ref与预测电流值
其中，kin为比例控制器增益，δ为阻尼系数，u(n)为加入高频阻尼后新的控制环节的输出值，u(n-1)为新的控制环节的输出值的前一拍的值，δie为电感电流参考值il-ref与预测电流值
图5、图7和图8中，控制环节1---p控制和电流预测单元cp内环控制；控制环节2---含电流预测单元cp的电流控制环；控制环节3---含cp和高频阻尼单元vhd内环控制；控制环节4---含cp和vhd的电流控制环；控制环节5---含p控制与vhd模块，构成新的内环控制环节。
图2是并网逆变器系统电流控制环结构框图，将直流母线电压vdc和并网电压vg的波动所引起的干扰问题视为扰动δv，将图2等效为图3所示。
在图3并网电流比例控制器的基础上，引入电流预测单元cp，如图5所示。电感电流参考值il-ref与反馈量
从图5可知，电流预测单元cp的传递函数表达式为：
其中，ts为采样周期，l为滤波电感。
如图1所示，分析电感两端的压降，得到
其中，d是控制开关管的占空比，λ是母线电压利用率，vdc是直流母线电压，vg是并网电压,ts为采样周期，l为滤波电感。
那么图5中控制环节1的传递函数gcp(s)的表达式为：
其中，kin为比例控制器增益，ts为采样周期，l为滤波电感。
则控制环节2的传递函数ginp(s)的表达式为：
其中,τin为时间常数，
以预测后的电感电流
由式(5)可知：nts时刻的电流值可以由(n-1)ts时刻的电感电流输出值得到，易实现。
经过分析表明，加入电流预测单元后，在τin大于ts时谐振峰值得到抑制，且电流环传递函数ginp(s)的带宽扩大。
图8中，虚拟高频阻尼单元vhd的传递函数gdp(s)表达式为：
其中，δ为阻尼系数，ts为采样周期。
那么，控制环节3的传递函数gcdp(s)的表达式：
其中，kin为比例(p)控制器增益，δ为阻尼系数，ts为采样周期，l为滤波电感。
则控制环节4的传递函数gindp(s)的表达式为：
其中，τin为时间常数，
为了更易实现本发明，将图7等效为图8，即在图6控制结构基础上引入虚拟高频阻尼单元后，如图8所示。虚拟高频阻尼单元vhd的传递函数gdp(s)已知，即
将采样延迟环节视为采样开关，则可以将公式(10)离散化，得：
将公式(11)定义为
其中，δie(z)是控制环节5被离散化的输入信号，也是电感电流参考值il-ref与反馈量
将式(11)变形为：uz(1+kinδ)＝uzkinδz-1+kin·δie(z)
从而得到控制环节5的差分方程，表达式为：
加入虚拟高频阻尼单元vhd后，控制环节5的nts时刻输出就是前一周期的输出与电感电流误差信号的线性组合，这种控制方法简单、易实现。
如图7所示，控制环节3就是将加入电流预测单元cp的比例控制器gcp(s)作为前向通道，其输出经过虚拟高频阻尼单元vhdgdp(s)的负反馈，这种方法改善了电流控制增益范围，减小了系统动态和静态误差，解决了传统比例控制系统中存在的谐波问题和稳定性问题。
本发明提出比例控制器的输出通过电流预测单元cp补偿采样延迟来预测下一控制周期控制器的输出值，很好地补偿了数字控制器中的时间延迟，使系统稳定裕度增加，增益范围增大；比例控制器输出分别通过电流预测单元cp和高频阻尼环节单元反馈，增大了系统相位裕度和增益范围，改善了比例控制系统中存在的谐波问题和预测控制系统中的稳定性问题。