交流弱电网的并网点电压控制参数设计方法、装置及介质与流程

本发明涉及一种交流弱电网的并网点电压控制参数设计方法、装置及介质，属于并网逆变器的电压控制领域。

背景技术：

1、随着新能源分布式并网发电的蓬勃发展，并网逆变器作为其关键部分获得了广泛的关注，在新能源发电、直流输电、储能系统等应用中，发挥着重要作用。越来越多的逆变器接入电网之中，使得电网表现出越来越明显的弱电网特性。弱电网中电网阻抗的增大导致并网逆变器的控制性能降低，使得逆变器入网的电能质量变差，甚至引发不稳定问题。在三相并网逆变器中，随着并网点的短路比容量scr持续降低，并网点与交流电网之间的线路阻抗所占压降也将持续增大，导致逆变器系统的工作点发生明显偏移，进而引发交互系统稳定问题。

2、针对由弱电网下电网阻抗较大所导致的电压下降现象，已有多篇学术论文进行分析并提出解决方案，例如：

3、1、题为“control of grid-tied inverter with l filter in weak gridconsidering grid impedance andharmonics”,hao tu；bei xu,et al,iecon 2018-44thannual conference ofthe ieee industrial electronics society.(“考虑电网阻抗和谐波的弱电网下带l滤波器的并网逆变器控制”,iecon 2018--ieee工业电子学会第44届年会)的文章设计了考虑电网阻抗和电网谐波的逆变器电流控制器，但并网点电压下降问题仍未得到解决；

4、2、题为“improved design ofpll controller for lcl-type grid-connectedconverter in weak grid”,d.zhu,s.zhou,x.zou,y.kang,ieee transactions on powerelectronics,vol.35,pp.4715-4727.(“弱电网下lcl型并网变换器pll控制器的改进设计”,2020年ieee电力电子期刊第35卷，第4715-4727页)的文章通过对锁相环的参数设计，减小弱网下逆变器输出导纳的负阻尼区域，但针对交流电压环的控制参数的设计仍未得到解决。

5、综上所述，现有技术存在的问题是：弱电网下电网阻抗增大，并网点与弱电网之间的线路阻抗所占压降增大，并网点电压降低，针对交流电压环控制参数的具体计算问题以及消除由并网点电压变化所带来的逆变器系统稳定问题，现有文献尚未提出一套完整的解决方法。

技术实现思路

1、为了克服上述各种技术方案的局限性，解决弱电网下电网阻抗较大所导致的电压下降问题，本发明提出了一种交流弱电网的并网点电压控制参数设计方法、设备及介质，以期能使并网逆变器能在具有极大电网阻抗的弱电网下运行的同时，也能有效抵消并网点电压偏移的影响，显著提高并网逆变器的运行稳定性。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种交流弱电网的并网点电压控制参数设计方法的特点在于，是应用于三相lcl型并网逆变器中，并包括：主电路和控制器，所述主电路是由依次相连的交流弱电网、滤波器lcl和逆变器系统构成，所述控制器包括：锁相环pll、交流电压控制环avc、交流电流控制环acc和脉冲发生器pwm；所述控制参数设计方法包括如下步骤：

4、采样所述滤波器lcl中与逆变器系统相连的电感l1和电流il1，以及滤波器lcl的电容c和电压uc；

5、将三相静止坐标系下滤波器lcl的电容c的电压uc进行park变换后，得到同步旋转坐标系下的d、q轴电压变量所述q轴电压变量经过所述锁相环pll的处理后，获得电网侧电容电压的相角θ；

6、根据电网侧电容电压的相角θ，将三相静止坐标系下的电流il1进行park变换后，得到旋转坐标系下的d、q轴电流变量

7、根据所述交流电压控制环avc的带宽ωavc、交流电流控制环acc的带宽ωacc和交流弱电网的阻抗lg，采用消除极点的方法对交流电压控制环avc的开环传递函数和交流电流控制环acc的闭环传递函数进行处理，得到交流电压控制环avc的pi控制参数和

8、将电容c的q轴电压变量输入所述交流电压控制环avc中，并根据pi控制参数和对进行处理后，得到交流电流控制环acc的q轴输入参考信号

9、将d、q轴电压变量和d、q轴电流变量以及d轴输入参考信号输入所述交流电流控制环acc中进行处理后，得到逆变器系统的d、q轴控制信号

10、根据电网侧电容电压的相角θ，对逆变器的控制信号进行park反变换后，得到静止坐标系下的控制信号

11、所述脉冲发生器pwm对控制信号进行脉冲宽度调制后，生成逆变器系统中功率器件的开关信号，从而经过驱动电路以控制功率器件的开通和关断。

12、本发明所述的一种交流弱电网的并网点电压控制参数设计方法的特点也在于，是利用式(1)得到电网侧电容电压的相角θ：

13、

14、式(1)中，为锁相环pll的开环传递函数，为锁相环pll的比例调节系数，为锁相环pll的积分调节系数，ωg为交流弱电网电压的额定角频率，s为拉普拉斯算子。

15、进一步地，利用式(2)得到交流电压控制环avc和交流电流控制环acc的开环传递函数

16、

17、结合带宽设计采用消除极点的方法，利用式(3)计算交流电压控制环avc的pi控制参数和

18、

19、进一步地，根据电容q轴电压变量并利用式(4)得到交流电流控制环acc的输入信号

20、

21、式(4)中，uref是并网点电压的设定值，gavc表示交流电压环avc的开环传递函数。

22、进一步地，利用式(5)得到逆变器系统的d、q轴控制信号

23、

24、式(5)中，gacc表示交压电压环acc的开环传递函数，并有：

25、

26、本发明一种交流弱电网的并网点电压控制参数设计装置的特点在于，三相lcl型并网逆变器包括：主电路和控制器，所述主电路是由依次相连的交流弱电网、滤波器lcl和逆变器系统构成，所述控制器包括：锁相环pll、交流电压控制环avc、交流电流控制环acc和脉冲发生器pwm；所述控制参数设计装置包括：

27、采样模块，用于采样所述滤波器lcl中与逆变器系统相连的电感l1和电流il1，以及滤波器lcl的电容c和电压uc；

28、相角处理模块，用于将三相静止坐标系下滤波器lcl的电容c的电压uc进行park变换后，得到同步旋转坐标系下的d、q轴电压变量所述q轴电压变量经过所述锁相环pll的处理后，获得电网侧电容电压的相角θ；

29、电流处理模块，用于根据电网侧电容电压的相角θ，将三相静止坐标系下的电流il1进行park变换后，得到旋转坐标系下的d、q轴电流变量

30、参数处理模块，用于根据所述交流电压控制环avc的带宽ωavc、交流电流控制环acc的带宽ωacc和交流弱电网的阻抗lg，采用消除极点的方法对交流电压控制环avc的开环传递函数和交流电流控制环acc的闭环传递函数进行处理，得到交流电压控制环avc的pi控制参数和

31、控制模块，用于将电容c的q轴电压变量输入所述交流电压控制环avc中，并根据pi控制参数和对进行处理后，得到交流电流控制环acc的q轴输入参考信号从而将d、q轴电压变量和d、q轴电流变量以及d轴输入参考信号输入所述交流电流控制环acc中进行处理后，得到逆变器系统的d、q轴控制信号

32、然后根据电网侧电容电压的相角θ，对逆变器的控制信号进行park反变换后，得到静止坐标系下的控制信号传递给所述脉冲发生器pwm；

33、所述脉冲发生器pwm对控制信号进行脉冲宽度调制后，生成逆变器系统中功率器件的开关信号，从而经过驱动电路以控制功率器件的开通和关断。

34、本发明一种交流弱电网的并网点电压控制参数设计方法的特点也在于，所述相角处理模块是利用式(1)得到电网侧电容电压的相角θ：

35、

36、式(1)中，为锁相环pll的开环传递函数，为锁相环pll的比例调节系数，为锁相环pll的积分调节系数，ωg为交流弱电网电压的额定角频率，s为拉普拉斯算子。

37、所述参数处理模块是利用式(2)得到交流电压控制环avc和交流电流控制环acc的开环传递函数

38、

39、结合带宽设计采用消除极点的方法，利用式(3)计算交流电压控制环avc的pi控制参数和

40、

41、进一步地，根据电容q轴电压变量并利用式(4)得到交流电流控制环acc的输入信号

42、

43、式(4)中，uref是并网点电压的设定值，gavc表示交流电压环avc的开环传递函数。

44、所述控制模块利用式(5)得到逆变器系统的d、q轴控制信号

45、

46、式(5)中，gacc表示交压电压环acc的开环传递函数，并有：

47、

48、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述并网点电压控制参数设计控制方法的步骤。

49、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

50、1、本发明实现了在弱电网情况下，通过对于交流电压控制环的控制参数的设计，消除了极大电网阻抗带来的并网点电压下降的影响，有效提高了并网逆变器的功率传输水平，使得并网逆变器能够保持稳定运行；

51、2、本发明仅需根据系统运行电压、电流及相关参数，即可设计相关控制系数，显著提升了并网逆变器在弱网条件下电压偏移造成的功率传输问题，实现方式简单、有效。

52、3、本发明采用了交流电压控制(avc)，能够有效提升并网点的电压质量，校正系统工作点，提高了逆变器系统的功率传输水平，同时该控制方式自然地引入了构网型逆变器的电压支撑特性，实现与现有的以跟网型逆变器为主导的新型电力系统的完美融合，使得并网逆变器能在极大电网阻抗的弱电网下运行，显著提高并网逆变器器的运行稳定性。