一种弱电网下三相电流源型并网逆变器复合控制策略

本发明属于逆变器控制，具体涉及一种弱电网下三相电流源型并网逆变器复合控制策略。

背景技术：

1、太阳能具有清洁、安全、高效、可持续等显著优点，在我国新能源体系中扮演着非常重要的角色，光伏发电迎来空前的发展机遇。光伏并网逆变器作为光伏电池与电网之间的接口，对光伏发电的高效变换起着至关重要的作用。并网逆变器按照直流侧电源特性可以分为电压源型逆变器(voltage source inverter,vsi)和电流源型逆变器(currentsource inverter,csi)。相对于vsi来说，csi具有升压特性、可靠的短路保护特性、使用寿命长以及简单的直接电流控制特性等优点，因此、csi目前已广泛应用于有源电力滤波器、超导储能、电机驱动、光伏并网等场合。

2、由于新能源的发展，分布式发电系统发展越来越迅速。随着分布式发电功率等级的提升和接入位置越来越广泛，弱电网的特性越来越无法忽略，其电网线路阻抗较大，并且电网电压含有大量的背景谐波。弱电网下并网逆变器的性能和稳定性受到公共耦合点(point of common coupling，pcc)处电网电压的严重影响。

3、类似于vsi，理论上csi采用电网电压全前馈控制策略可以完全消除电网电压畸变带来的影响，但是，电流源型并网逆变器系统全前馈函数包含有微分项，在实际的控制系统中较难实现，而且会引入高频噪声干扰。若在弱电网下，电流源型并网逆变器系统的稳定性将会进一步降低。综上，需研究一种既能抑制电网背景谐波，又可提高电流源型并网逆变器在弱电网下的稳定性的控制策略。

技术实现思路

1、本发明针对弱电网下并网逆变器的性能和稳定性受到公共耦合点(point ofcommon coupling，pcc)处电网电压的严重影响，研究一种既能有效抑制电网背景谐波，又可提高电流源型并网逆变器在弱电网下的稳定性的控制策略。

2、本发明技术方案如下：

3、一种弱电网下三相电流源型并网逆变器复合控制策略，针对三相电流源型并网逆变器，执行以下步骤，实现三相电流源型并网逆变器并网控制：

4、步骤a：对逆变器的三相并网电压进行锁相环处理，获取并网电压相位；

5、步骤b：由mppt模块生成直流侧电感电流指令值，再经比例积分控制器和反park坐标变换获得两相静止坐标系下αβ轴交流侧并网电流分量；

6、步骤c：两相静止坐标系αβ轴的交流侧并网电流分量分别经反馈校正环节、内环控制器，获得αβ轴的基本调制信号分量；

7、步骤d：逆变器的三相输出电压结合有源阻尼比例系数，获得αβ轴的三相电压有源滤波反馈分量；

8、步骤e：逆变器的三相并网电压通过改进型多谐振前馈控制，获得αβ轴的电网电压前馈分量；

9、步骤f：αβ轴的基本调制信号分量、三相电压有源滤波反馈分量、以及电网电压前馈分量分别相叠加，获得αβ轴的最终调制信号分量；

10、步骤g：αβ轴的最终调制信号分量经过lc滤波器滤除高次谐波，然后经过svpwm调制生成6个功率管驱动信号控制三相电流源型并网逆变器的六个功率管，实现三相电流源型并网逆变器并网控制。

11、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤b中，包括以下步骤：

12、步骤b1：由mppt模块生成直流侧电感电流指令值，再将其与直流侧电感电流采样值的差值信号送入直流侧比例积分控制器，获得作为交流侧两相旋转坐标系d轴并网电流指令值；

13、步骤b2：将交流侧两相旋转坐标系q轴并网电流指令值设置为0，利用反park坐标变换将交流侧两相旋转坐标系的d轴和q轴并网电流指令值，变换为两相静止坐标系下αβ轴交流侧并网电流分量。

14、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤c中，包括以下步骤：

15、步骤c1：逆变器的三相并网电流，进行clark坐标转换，获得两相静止坐标系αβ轴的三相并网电流分量；

16、步骤c2：两相静止坐标系αβ轴的三相并网电流分量分别与反馈校正函数相乘获得αβ轴的反馈校正分量，反馈校正函数gc(s)公式如下：

17、

18、式中，ωs表示目标角频率，是改进型多谐振前馈控制所能适应的电网阻抗最大值与并网逆变器输出阻抗的交截频率；m、n为常数，由目标角频率ωs处所补偿的相位获得；s表示复频域里的复参变量；步骤c3：两相静止坐标系αβ轴的交流侧并网电流分量分别减去对应轴的反馈校正分量后，与内环控制器的控制函数相乘，内环控制器采用准比例谐振控制器，获得αβ轴的基本调制信号分量，控制函数gpr(s)公式如下：

19、

20、式中，kp表示准比例谐振控制器比例系数，kr表示准比例谐振控制器谐振系数，ωb表示准比例谐振控制器带宽，ω0表示谐振角频率。

21、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤d中，包括以下步骤：

22、步骤d1：逆变器的三相输出电压，进行clark坐标转换，获得两相静止坐标系αβ轴的三相输出电压分量；

23、步骤d2：两相静止坐标系αβ轴的三相输出电压分量分别与有源阻尼比例系数相乘，获得αβ轴的三相电压有源滤波反馈分量；有源阻尼比例系数采用电容电压比例反馈有源阻尼方式获得；

24、vαβ_f＝hs×vαβ

25、其中：vαβ_f包括vα_f、vβ_f为αβ轴的三相电压有源滤波反馈分量，vαβ包括vα、vβ为两相静止坐标系αβ轴的三相输出电压分量，hs为有源阻尼比例系数。

26、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤e中，包括以下步骤：

27、步骤e1：逆变器的三相并网电压，进行clark坐标转换，获得两相静止坐标系αβ轴的三相并网电压分量；

28、步骤e2：两相静止坐标系αβ轴的三相并网电压分量分别与电网电压多谐振前馈函数相乘，获得αβ轴的电网电压前馈分量，电网电压多谐振前馈函数gvfg(s)公式如下：

29、

30、式中，s表示复频域里的复参变量；ωc表示谐振带宽；hsi表示误差补偿后多谐振前馈i次谐波谐振有源阻尼比例系数；表示i次谐波谐振补偿的相位，由各次谐波谐振频率处的相位来决定；ωfi表示误差补偿后多谐振前馈i次谐波谐振角频率。

31、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤f中，αβ轴分别对应的基本调制信号分量与电网电压前馈分量相加，然后减去三相电压有源滤波反馈分量，获得αβ轴的最终调制信号分量。

32、本发明的有益效果是：本发明提出了一种弱电网下三相电流源型并网逆变器复合控制策略，针对弱电网下三相电流源型并网逆变器，本发明中的复合控制策略通过一种改进型电网电压多谐振前馈策略和反馈校正环节的组合控制，既可以精确抑制电网电压的主要背景次谐波，又可有效提高三相电流源型并网逆变器对弱电网下的适应性。

技术特征：

1.一种弱电网下三相电流源型并网逆变器复合控制策略，其特征在于：针对三相电流源型并网逆变器，执行以下步骤，实现三相电流源型并网逆变器并网控制：

2.根据权利要求1所述一种弱电网下三相电流源型并网逆变器复合控制策略，其特征在于：所述步骤b中，包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述一种弱电网下三相电流源型并网逆变器复合控制策略，其特征在于：所述步骤c中，包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述一种弱电网下三相电流源型并网逆变器复合控制策略，其特征在于：所述步骤d中，包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述一种弱电网下三相电流源型并网逆变器复合控制策略，其特征在于：所述步骤e中，包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述一种弱电网下三相电流源型并网逆变器复合控制策略，其特征在于：所述步骤f中，αβ轴分别对应的基本调制信号分量与电网电压前馈分量相加，然后减去三相电压有源滤波反馈分量，获得αβ轴的最终调制信号分量。

技术总结
本发明公开一种弱电网下三相电流源型并网逆变器复合控制策略，由MPPT模块生成直流侧电感电流指令值，经外环PI控制和反Park变换得到并网电流αβ轴分量指令值；并网电流αβ轴分量经反馈校正环节、内环PR控制得到基本调制信号；三相输出电压经有源阻尼比例系数得到有源阻尼反馈量；三相电网电压通过改进型多谐振前馈控制得到电网电压前馈分量；进而得到最终调制信号；最终调制信号经SVPWM调制生成功率管驱动信号，实现三相电流型并网逆变器并网控制。本发明通过改进型电网电压多谐振前馈策略和反馈校正环节的复合控制，既可有效抑制电网电压主要背景次谐波，又可有效提高三相电流源型并网逆变器对弱电网的适应性。

技术研发人员：耿乙文,曹付成,鞠聪,辛阅,邵玉周,周腾发,莫祚林
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15