弱电网下逆变器电流电压多环控制参数确定方法和系统与流程

本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种弱电网下逆变器电流电压多环控制参数确定方法和系统。

背景技术：

1、新能源发电是未来能源的发展趋势，近年来发展迅速，正逐步成为电网中主力电源，但新能源电站与大电网的电气距离较远，导致电网强度较弱。另外，逆变器是新能源发电并网的接口，也是新能源发电的核心部件，直接关系到新能源发电的质量和电网的安全稳定。

2、新能源发电并网后，逆变器的电流控制策略有两种。一种是采用基于电压前馈的直接电流控制策略，这种控制方法在强电网条件下具有较好地控制效果，能够具有较快的响应速度和较小的电流畸变率；但在弱电网条件下，电网电压容易受到逆变器输出电流的影响，电压和逆变器电流互相交互影响，导致逆变器难以稳定运行。另一种控制方式，是在电流环的内部增加电压内环控制，即间接电流控制策略，间接电流控制策略常见于微电网领域，用于解决并网和孤岛运行状态切换过程中的电压失控问题；但这种控制方式在电压内环和电流外环参数设计时通常只考虑滤波器自身的电感，而不考虑电网电感的影响，由于弱电网下的电网电感值远大于滤波器电感，不考虑电网电感的影响会大幅降低系统的响应速度，导致逆变器不稳定。由此可见，上述控制参数设计方式均难以应对弱电网的运行环境，因此需要提出一种可适应弱电网的逆变器电流电压多环控制参数的确定方法。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种弱电网下逆变器电流电压多环控制参数确定方法，包括：

2、获取弱电网中滤波器参数和电网电感；

3、基于所述滤波器参数和电网电感，计算满足多环控制设计指标的逆变器控制参数；

4、所述多环控制设计指标包括电容电压内环设计指标和并网电流外环设计指标。

5、优选的，所述逆变器控制参数，包括：

6、电压调节器的比例系数、电容电流反馈系数、电压调节器的积分系数、电流调节器的比例系数和电流调节器的积分系数。

7、优选的，所述基于所述滤波器参数和电网电感，计算满足多环控制设计指标的逆变器控制参数，包括：

8、基于所述滤波器参数和电网电感，计算满足电容电压内环设计指标的电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值；

9、基于所述滤波器参数、电网电感、电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值，计算满足并网电流外环设计指标的电流调节器比例系数初始值和电流调节器积分系数初始值。

10、优选的，所述基于所述滤波器参数和电网电感，计算满足电容电压内环设计指标的电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值，包括：

11、基于所述滤波器参数和电网电感，计算电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值；

12、将所述滤波器参数、电网电感、电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值，代入到电容电压内环的开环传递函数和闭环传递函数中，并绘制电容电压内环的开环传递函数伯德图和闭环传递函数阶跃响应图；

13、利用所述电容电压内环的开环传递函数伯德图和闭环传递函数阶跃响应图，验证所述电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值是否满足电容电压内环设计指标；若是，则完成计算；否则，对电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值进行调整，直至满足电容电压内环设计指标。

14、优选的，所述电压调节器比例系数初始值，按下式计算：

15、

16、式中，kp_gu为电压调节器比例系数，ts为电压内环调节时间，l1为lcl滤波器的桥臂侧电感，c为lcl滤波器的电容，hu为电压反馈系数，kpwm为滤波器脉宽调制环节的放大倍数，α为第一系数，取值为4.75；

17、所述电容电流反馈系数初始值，按下式计算：

18、

19、式中，kic为电容电流反馈系数，ζ为阻尼比，hi为电流反馈系数，β为第二系数，取值为9.5；

20、所述电压调节器积分系数初始值，按下式计算：

21、

22、式中，ki_gu为电压调节器积分系数，ωl为低频频率，为低频频率对应的电容电压内环环路增益，l2为lcl滤波器的网侧电感，ls为电网电感。

23、优选的，所述电容电压内环的开环传递函数，按下式表示：

24、

25、式中，为电容电压内环的开环传递函数，hu为电压反馈系数，kp_gu为电压调节器比例系数，ki_gu为电压调节器积分系数，s为复变量，kpwm为滤波器脉宽调制环节的放大倍数，l2为lcl滤波器的网侧电感，ls为电网电感，l1为lcl滤波器的桥臂侧电感，c为lcl滤波器的电容，kic为电容电流反馈系数，hi为电流反馈系数；

26、所述电容电压内环的闭环传递函数，按下式表示：

27、

28、式中，为电容电压内环的闭环传递函数。

29、优选的，所述基于所述滤波器参数、电网电感、电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值，计算满足并网电流外环设计指标的电流调节器比例系数初始值和电流调节器积分系数初始值，包括：

30、依据电容电压内环的闭环传递函数阶跃响应图，确定电容电压内环时间常数；

31、基于所述滤波器参数、电网电感和电容电压内环时间常数，计算电流调节器比例系数初始值和电流调节器积分系数初始值；

32、将所述滤波器参数、电网电感、电流调节器比例系数初始值、电流调节器积分系数初始值、电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值，代入到并网电流外环的开环传递函数和闭环传递函数中，并绘制并网电流外环的开环传递函数伯德图和闭环传递函数阶跃响应图；

33、利用所述并网电流外环的开环传递函数伯德图和闭环传递函数阶跃响应图，验证所述电流调节器比例系数初始值和电流调节器积分系数初始值是否满足并网电流外环设计指标；若是，则完成计算；否则，对电流调节器比例系数初始值和电流调节器积分系数初始值进行调整，直至满足并网电流外环设计指标。

34、优选的，所述电流调节器比例系数初始值，按下式计算：

35、

36、式中，kp_gi为电流调节器比例系数，hu为电压反馈系数，l2为lcl滤波器的网侧电感，ls为电网电感，j为虚数单位，tu为电容电压内环时间常数，ωc为并网电流外环的截止频率，hi为电流反馈系数；

37、所述电流调节器积分系数初始值，按下式计算：

38、

39、式中，ki_gi为电流调节器积分系数，为低频频率对应的电容电压内环环路增益，ωl为低频频率。

40、优选的，所述并网电流外环的开环传递函数，按下式表示：

41、

42、式中，为并网电流外环的开环传递函数，hi为电流反馈系数，kp_gi为电流调节器比例系数，ki_gi为电流调节器积分系数，s为复变量，kp_gu为电压调节器比例系数，ki_gu为电压调节器积分系数，kpwm为滤波器脉宽调制环节的放大倍数，l2为lcl滤波器的网侧电感，ls为电网电感，l1为lcl滤波器的桥臂侧电感，c为lcl滤波器的电容，kic为电容电流反馈系数，hu为电压反馈系数；

43、所述并网电流外环的闭环传递函数，按下式表示：

44、

45、式中，为并网电流外环的闭环传递函数。

46、优选的，所述电容电压内环设计指标，包括电压内环调节时间和低频频率对应的电容电压内环环路增益；

47、所述并网电流外环设计指标，包括并网电流外环的截止频率和低频频率对应的并网电流外环环路增益；

48、其中，所述电压内环调节时间，依据电压内环期望的响应速度设定；

49、所述低频频率对应的电容电压内环环路增益，依据电容电压内环稳态误差的上限设定；

50、所述并网电流外环的截止频率，依据电容电压内环的截止频率设定；

51、所述低频频率对应的并网电流外环环路增益，依据并网电流外环的稳态误差的上限设定。

52、优选的，并网电流外环的截止频率的设定，包括：

53、设定并网电流外环的截止频率为电容电压内环的截止频率的1/5到1/3；

54、其中，所述电容电压内环的截止频率，依据电容电压内环的开环传递函数伯德图确定。

55、基于同一发明构思，本发明还提供了一种弱电网下逆变器电流电压多环控制参数确定系统，包括：获取模块和控制参数模块；

56、所述获取模块，用于获取弱电网中滤波器参数和电网电感；

57、所述控制参数模块，用于基于所述滤波器参数和电网电感，计算满足多环控制设计指标的逆变器控制参数；

58、所述多环控制设计指标包括电容电压内环设计指标和并网电流外环设计指标。

59、优选的，所述逆变器控制参数，包括：

60、电压调节器的比例系数、电容电流反馈系数、电压调节器的积分系数、电流调节器的比例系数和电流调节器的积分系数。

61、优选的，所述控制参数模块，包括：电容电压内环设计子模块和并网电流外环设计子模块；

62、所述电容电压内环设计子模块，用于基于所述滤波器参数和电网电感，计算满足电容电压内环设计指标的电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值；

63、所述并网电流外环设计子模块，用于基于所述滤波器参数、电网电感、电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值，计算满足并网电流外环设计指标的电流调节器比例系数初始值和电流调节器积分系数初始值。

64、优选的，所述电容电压内环设计子模块，具体用于：

65、基于所述滤波器参数和电网电感，计算电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值；

66、将所述滤波器参数、电网电感、电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值，代入到电容电压内环的开环传递函数和闭环传递函数中，并绘制电容电压内环的开环传递函数伯德图和闭环传递函数阶跃响应图；

67、利用所述电容电压内环的开环传递函数伯德图和闭环传递函数阶跃响应图，验证所述电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值是否满足电容电压内环设计指标；若是，则完成计算；否则，对电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值进行调整，直至满足电容电压内环设计指标。

68、优选的，所述电压调节器比例系数初始值，按下式计算：

69、

70、式中，kp_gu为电压调节器比例系数，ts为电压内环调节时间，l1为lcl滤波器的桥臂侧电感，c为lcl滤波器的电容，hu为电压反馈系数，kpwm为滤波器脉宽调制环节的放大倍数，α为第一系数，取值为4.75；

71、所述电容电流反馈系数初始值，按下式计算：

72、

73、式中，kic为电容电流反馈系数，ζ为阻尼比，hi为电流反馈系数，β为第二系数，取值为9.5；

74、所述电压调节器积分系数初始值，按下式计算：

75、

76、式中，ki_gu为电压调节器积分系数，ωl为低频频率，为低频频率对应的电容电压内环环路增益，l2为lcl滤波器的网侧电感，ls为电网电感。

77、优选的，所述电容电压内环的开环传递函数，按下式表示：

78、

79、式中，为电容电压内环的开环传递函数，hu为电压反馈系数，kp_gu为电压调节器比例系数，ki_gu为电压调节器积分系数，s为复变量，kpwm为滤波器脉宽调制环节的放大倍数，l2为lcl滤波器的网侧电感，ls为电网电感，l1为lcl滤波器的桥臂侧电感，c为lcl滤波器的电容，kic为电容电流反馈系数，hi为电流反馈系数；

80、所述电容电压内环的闭环传递函数，按下式表示：

81、

82、式中，为电容电压内环的闭环传递函数。

83、优选的，所述并网电流外环设计子模块，具体用于：

84、依据电容电压内环的闭环传递函数阶跃响应图，确定电容电压内环时间常数；

85、基于所述滤波器参数、电网电感和电容电压内环时间常数，计算电流调节器比例系数初始值和电流调节器积分系数初始值；

86、将所述滤波器参数、电网电感、电流调节器比例系数初始值、电流调节器积分系数初始值、电压调节器比例系数初始值、电容电流反馈系数初始值和电压调节器积分系数初始值，代入到并网电流外环的开环传递函数和闭环传递函数中，并绘制并网电流外环的开环传递函数伯德图和闭环传递函数阶跃响应图；

87、利用所述并网电流外环的开环传递函数伯德图和闭环传递函数阶跃响应图，验证所述电流调节器比例系数初始值和电流调节器积分系数初始值是否满足并网电流外环设计指标；若是，则完成计算；否则，对电流调节器比例系数初始值和电流调节器积分系数初始值进行调整，直至满足并网电流外环设计指标。

88、优选的，所述电流调节器比例系数初始值，按下式计算：

89、

90、式中，kp_gi为电流调节器比例系数，hu为电压反馈系数，l2为lcl滤波器的网侧电感，ls为电网电感，j为虚数单位，tu为电容电压内环时间常数，ωc为并网电流外环的截止频率，hi为电流反馈系数；

91、所述电流调节器积分系数初始值，按下式计算：

92、

93、式中，ki_gi为电流调节器积分系数，为低频频率对应的电容电压内环环路增益，ωl为低频频率。

94、优选的，所述并网电流外环的开环传递函数，按下式表示：

95、

96、式中，为并网电流外环的开环传递函数，hi为电流反馈系数，kp_gi为电流调节器比例系数，ki_gi为电流调节器积分系数，s为复变量，kp_gu为电压调节器比例系数，ki_gu为电压调节器积分系数，kpwm为滤波器脉宽调制环节的放大倍数，l2为lcl滤波器的网侧电感，ls为电网电感，l1为lcl滤波器的桥臂侧电感，c为lcl滤波器的电容，kic为电容电流反馈系数，hu为电压反馈系数；

97、所述并网电流外环的闭环传递函数，按下式表示：

98、

99、式中，为并网电流外环的闭环传递函数。

100、优选的，所述电容电压内环设计指标，包括电压内环调节时间和低频频率对应的电容电压内环环路增益；

101、所述并网电流外环设计指标，包括并网电流外环的截止频率和低频频率对应的并网电流外环环路增益；

102、其中，所述电压内环调节时间，依据电压内环期望的响应速度设定；

103、所述低频频率对应的电容电压内环环路增益，依据电容电压内环稳态误差的上限设定；

104、所述并网电流外环的截止频率，依据电容电压内环的截止频率设定；

105、所述低频频率对应的并网电流外环环路增益，依据并网电流外环的稳态误差的上限设定。

106、优选的，并网电流外环的截止频率的设定，包括：

107、设定并网电流外环的截止频率为电容电压内环的截止频率的1/5到1/3；

108、其中，所述电容电压内环的截止频率，依据电容电压内环的开环传递函数伯德图确定。

109、基于同一发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，包括：

110、一个或多个处理器；

111、存储器，用于存储一个或多个程序；

112、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述弱电网下逆变器电流电压多环控制参数确定方法。

113、基于同一发明构思，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述弱电网下逆变器电流电压多环控制参数确定方法。

114、与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

115、本发明提供了一种弱电网下逆变器电流电压多环控制参数确定方法和系统，包括：获取弱电网中滤波器参数和电网电感；基于所述滤波器参数和电网电感，计算满足多环控制设计指标的逆变器控制参数；所述多环控制设计指标包括电容电压内环设计指标和并网电流外环设计指标；本发明在设计控制参数时，同时考虑了滤波器电感和电网电感，避免弱电网下电流环的响应速度大幅下降的问题；采用本方法设计的参数运行逆变器，具有较强的鲁棒性。