自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法技術方案

一種自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法，包括：在LCL型并網逆變器系統中加入超前校正環節，并預先配置超前校正環節的參數；利用小信號注入法實時測量電網感抗值L

Adaptive method to improve the stability of LCL type grid connected inverter system under weak current network

An adaptive method to improve the stability of LCL type grid connected inverter system, weak network conditions include: adding a lead correction link in the system of LCL type grid connected inverter, and pre configured lead correction link parameters; injection method to measure the grid inductance values by using the small signal L

【技術實現步驟摘要】
自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法
本專利技術涉及一種LCL型并網逆變器穩定性的方法。特別是涉及一種基于相位裕度補償的自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法。
技術介紹
以太陽能、風能等可再生能源為代表的分布式發電系統在電力系統中的應用比重日益增加。并網逆變器作為分布式能源與電網的接口單元，如何提高并網逆變器的穩定性至關重要。LCL濾波器與單L濾波器相比，由于電容支路的增加，使得LCL濾波器對高次諧波呈現高阻抗，具有更好的高次諧波衰減能力。LCL濾波器在總電感值比單L濾波器電感值小得多的情況下，可以實現相同的濾波效果，但LCL濾波的逆變器是一個三階系統，控制較為復雜，容易產生諧振問題，嚴重影響并網逆變器的穩定性。近些年來，電力電子裝置被大量應用于電網，由此產生的很多非線性負載給電網帶來了諧波污染問題，使電網條件變得更為惡劣。我國可開發的太陽能、風能等可再生能源主要集中于西北部等偏遠地區，為了將可再生能源發電裝置產生的電能向用電高峰區輸送，并網逆變器與電網之間需要長距離的傳輸線路和大量的變壓裝置。長電纜及大量的變壓裝置使得電網公共耦合點處阻抗較大，此時電網無法被等效為理想的電壓源，這種類型的電網被稱為弱電網，且阻抗主要呈現感性。電網阻抗的存在對并網逆變器的穩定性造成明顯的影響。電網阻抗的變化不會使系統有源阻尼失效而產生諧振問題，但會使得并網系統的穩定裕度降低。當并網系統的穩定裕度減小到零時，并網系統會出現不穩定現象，影響LCL型并網逆變器的安全穩定運行。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種能夠保證LCL型并網逆變器的安全穩定運行的自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法。本專利技術所采用的技術方案是：一種自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法，包括如下步驟：1)在LCL型并網逆變器系統中加入超前校正環節，并預先配置超前校正環節的參數；2)利用小信號注入法實時測量電網感抗值Lg；3)判斷是否需要進行超前校正環節參數整定，若不需要則結束，若需要則整定超前校正環節中超前網絡的分度系數a和時間常數T，整定超前校正環節的調節系數ka。步驟1)包括：超前校正環節能夠補償LCL型并網逆變器系統中特定頻率處的相位，超前校正環節包括兩部分：超前網絡和超前校正環節的調節系數，超前校正環節的數學模型為Ge(s)，Ge(s)的表達式如下：Ge(s)＝kaGa(s)(1)式中，ka為超前校正環節的調節系數；Ga(s)為超前網絡的數學模型，Ga(s)的表達式如下：式中，a為超前網絡的分度系數，T為超前網絡的時間常數，s為拉普拉斯算子，超前網絡在最大超前角頻率ωm處，具有最大相角補償量最大超前角頻率ωm的表達式如下：最大相角補償量的表達式如下：預先配置超前校正環節的參數，令a＝1，T＝1，ka＝1。步驟2)包括：在并網電流的基準電流iref上注入一定幅值的高頻測量電流ih，對并網電壓upcc和并網電流ig進行FFT分析，分別得到并網電壓upcc和并網電流ig在測量頻率fh處的分量幅值和分量相位信息，基于所述的分量幅值和分量相位信息通過如下公式計算得到電網感抗值Lg：其中，|upcc(fh)|為并網電壓upcc在測量頻率fh頻率處的分量幅值，∠upcc(fh)為并網電壓upcc在測量頻率fh頻率處的分量相位，|ig(fh)|為并網電流ig在測量頻率fh頻率處的分量幅值，∠ig(fh)為并網電流ig在測量頻率fh頻率處的分量相位。步驟3)包括：(1)計算超前校正環節參數整定前LCL型并網逆變器系統的相角裕量γ0，超前校正環節參數整定前LCL型并網逆變器系統的開環傳遞函數Go0(s)表示為：式中，ig(s)為并網電流ig的復數域形式，iref(s)為并網電流的基準電流iref的復數域形式，KPWM為脈沖寬度調制的等效增益，Gi(s)為電流控制器的復數域形式，L1、L2、C分別為逆變器側電感、電網側電感、濾波電容，Lg為電網感抗，kc為電容電流有源阻尼系數，s為拉普拉斯算子，j為虛數單位；電流控制器Gi(s)的表達式如下：上式中kp為電流控制器Gi(s)的比例調節系數，ki為電流控制器Gi(s)的積分調節系數，。將s＝jωc0代入超前校正環節參數整定前LCL型并網逆變器系統的開環傳遞函數Go0(s)中，并忽略濾波電容的影響，當|Go0(jwc0)|＝1時，得到超前校正環節參數整定前LCL型并網逆變器系統開環截止頻率ωc0的表達式為：通過開環截止頻率ωc0的表達式，得出ωc0的值，超前校正環節參數整定前LCL型并網逆變器系統的相角裕量γ0為：上式中，ωr為LCL型并網逆變器系統諧振頻率，ωr的表達式如下：(2)判斷是否需要進行超前校正環節參數整定，設定LCL型并網逆變器系統的最小相角裕量值為γmin，當γ0≥γmin時，不需要進行整定，則結束；當γ0<γmin時，需要整定，并且令最大相角補償量(3)整定超前網絡Ga(s)的分度系數a和時間常數T，根據最大相角補償量的數值，由下式得出超前網絡Ga(s)的分度系數a將最大超前角頻率ωm設置為超前校正環節參數整定前LCL型并網逆變器系統開環截止頻率ωc0，即令ωm＝ωc0，由下式得出超前網絡Ga(s)的時間常數T(4)整定超前校正環節的調節系數ka，首先給出超前校正環節參數整定后LCL型并網逆變器系統的開環傳遞函數Go1(s)的公式：將s＝jωc1代入Go1(s)公式，并忽略濾波電容的影響，當|Go1(jwc1)|＝1時，得到超前校正環節參數整定后LCL型并網逆變器系統開環截止頻率ωc1的表達式如下：超前校正環節參數整定后LCL型并網逆變器系統的相頻特性公式如下：上式中ω為角頻率，記相頻特性在ω0～ωg的頻率范圍內峰值對應的頻率為ωp，其中ω0為基波頻率，ωg為相角穿越頻率，得到峰值頻率ωp的表達式如下：通過峰值頻率ωp的表達式解得ωp的值，將超前校正環節參數整定后LCL型并網逆變器系統開環傳遞函數Go1(s)的截止頻率表示為ωc1，令ωc1＝ωp，于是根據超前校正環節參數整定后LCL型并網逆變器系統開環截止頻率ωc1的表達式，得到調節系數ka的值為：將整定后的超前校正環節參數a、T、ka代入超前校正環節，增加了LCL型并網逆變器系統的相角裕量，提高了LCL型并網逆變器系統的穩定性。本專利技術的自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法，在LCL型并網逆變器系統中加入超前校正環節，通過小信號注入法測量電網阻抗，并在系統相角裕量不足時整定超前校正環節的參數來補償系統相位，依靠電網阻抗的測量結果自適應地調節超前校正環節的參數以實現對系統相位裕度的補償，可使系統維持足夠的穩定裕度，保證系統的安全穩定運行。本專利技術通過采用超前校正環節的方法來自適應地補償弱電網條件下LCL型并網逆變器系統的相位裕度，提高并網系統的穩定性。該方法只需通過測量電網阻抗的數值，并配置超前校正環節的參數，即可自適應地改變系統的相位裕度，提高并網系統的穩定性。附圖說明圖1是加入超前校正環節后LCL型并網逆變器系統框圖；圖2是本專利技術自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法的流程圖；圖3是本專利技術中超前校正環節參數整定流程圖；圖4是本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法，其特征在于，包括如下步驟：1)在LCL型并網逆變器系統中加入超前校正環節，并預先配置超前校正環節的參數；2)利用小信號注入法實時測量電網感抗值L

【技術特征摘要】
1.一種自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法，其特征在于，包括如下步驟：1)在LCL型并網逆變器系統中加入超前校正環節，并預先配置超前校正環節的參數；2)利用小信號注入法實時測量電網感抗值Lg；3)判斷是否需要進行超前校正環節參數整定，若不需要則結束，若需要則整定超前校正環節中超前網絡的分度系數a和時間常數T，整定超前校正環節的調節系數ka。2.根據權利要求1所述的自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法，其特征在于，步驟1)包括：超前校正環節能夠補償LCL型并網逆變器系統中特定頻率處的相位，超前校正環節包括兩部分：超前網絡和超前校正環節的調節系數，超前校正環節的數學模型為Ge(s)，Ge(s)的表達式如下：Ge(s)＝kaGa(s)(1)式中，ka為超前校正環節的調節系數；Ga(s)為超前網絡的數學模型，Ga(s)的表達式如下：式中，a為超前網絡的分度系數，T為超前網絡的時間常數，s為拉普拉斯算子，超前網絡在最大超前角頻率ωm處，具有最大相角補償量最大超前角頻率ωm的表達式如下：最大相角補償量的表達式如下：預先配置超前校正環節的參數，令a＝1，T＝1，ka＝1。3.根據權利要求1所述的自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法，其特征在于，步驟2)包括：在并網電流的基準電流iref上注入一定幅值的高頻測量電流ih，對并網電壓upcc和并網電流ig進行FFT分析，分別得到并網電壓upcc和并網電流ig在測量頻率fh處的分量幅值和分量相位信息，基于所述的分量幅值和分量相位信息通過如下公式計算得到電網感抗值Lg：其中，|upcc(fh)|為并網電壓upcc在測量頻率fh頻率處的分量幅值，∠upcc(fh)為并網電壓upcc在測量頻率fh頻率處的分量相位，|ig(fh)|為并網電流ig在測量頻率fh頻率處的分量幅值，∠ig(fh)為并網電流ig在測量頻率fh頻率處的分量相位。4.根據權利要求1所述的自適應提高弱電網條件下LCL型并網逆變器系統穩定性方法，其特征在于，步驟3)包括：(1)計算超前校正環節參數整定前LCL型并網逆變器系統的相角裕量γ0，超前校正環節參數整定前LCL型并網逆變器系統的開環傳遞函數Go0(s)表示為：式中，ig(s)為并網電流ig的復數域形式，iref(s)為并網電流的基準電流iref的復數域形式，KPWM為脈沖寬度調制的等效增益，Gi(s)為電流控制器的復數域形式，L1、L2、C分別為逆變器側電感、電網側電感、濾波電容，Lg為電網感抗，kc為電容電流有源阻尼系數，s為拉普拉斯算子，j為虛數單位；電流控制器Gi(s)的表達式如下：上式中kp為電流控制器Gi(s)的比例調節系數，ki為電流控制器Gi(s)的積分調節系數，。將s＝jωc0代入超前校正環節參數整定前LCL型并網逆變器系統的開環傳遞函數Go0(s)中，并忽略濾波電容的影響，當|Go0(jwc0)|＝1時，得到超前校正...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李鵬，武昭，張新宗，孫健，
申請(專利權)人：華北電力大學保定，國網北京市電力公司，
類型：發明
國別省市：河北,13