[发明专利]一种基于前馈补偿的并网逆变器的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力逆变控制技术领域，具体涉及一种基于前馈补偿的并网逆变器的控制方法。

背景技术

近年来，随着环境污染以及能源紧缺的日益严重，开发和利用可再生能源(如太阳能、风能等)成为人类社会的迫切需要。而作为可再生能源发电系统连接电网的必要接口设备，并网逆变器已成为当前电力电子领域的研究热点。

为抑制高频开关产生的电压和电流纹波，并网逆变器一般采用L型滤波器或LCL型滤波器作为其与电网的必要接口部件。由于L型滤波器对高频谐波的抑制能力有限，一般需要采用较大的电感来满足谐波标准。而LCL型滤波器可以降低总的电感取值，而且对电流高次谐波有较强的抑制能力，因此近年来被广泛应用在大中功率并网逆变器场合。但是，采用LCL型滤波器的并网控制系统(包括并网逆变器、LCL型滤波器、电压电流传感器及控制环)为三阶系统，其在谐振频率处存在很大的幅值增益尖峰，导致系统运行不易稳定，从而使得系统对电网电压波动等引起的扰动极为敏感，同时也对控制系统的设计提出了更高的要求。

针对LCL型滤波器的谐振问题，目前多是采用以电容电流反馈为内环，电网电流反馈为外环的双闭环控制结构。该方法虽对LCL型滤波器的谐振问题能起到一定的抑制作用，但对电网电压的扰动却无能为力。为抑制电网电压扰动的影响，Xuehua Wang等人在标题为Full Feedforward of Grid Voltage for Grid-Connected Inverter With LCL Filter to Suppress Current Distortion Due to Grid Voltage Harmonics(IEEE Transactions on Power Electronics，25，(12)，2010，pp.3119-3127)的文章中公开了一种电网电压的前馈方法，其并网控制系统如图1所示。从理论上而言，该方法能完全消除电网电压的扰动影响，但文章中电网电压的前馈系数却包含了比例、一次微分和二次微分项，这显然在工程上是难以实现的，也是不可行的；而且，该方法的控制系统仍然为三阶系统，因此电流控制器的设计比较复杂。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种基于前馈补偿的并网逆变器的控制方法，能够保证网侧电流不受电网电压扰动影响的同时，使得系统获得较大的稳定裕度。

一种基于前馈补偿的并网逆变器的控制方法，包括如下步骤：

(1)采集电网电压、网侧电流以及LCL型滤波器的电容电流；

所述的LCL型滤波器包括逆变侧电感、电容和电网侧电感；所述的电容电流为流经电容的电流；所述的网侧电流为流经电网侧电感的电流。

(2)利用锁相环提取电网电压的相位，将所述的相位与给定的电网电流峰值相乘，得到网侧电流给定信号；使所述的网侧电流给定信号减去所述的网侧电流，得到电流误差信号；利用电流调节器对所述的电流误差信号进行调节，得到指令信号；

(3)对所述的电容电流进行前馈运算处理，得到电流前馈信号；将所述的电网电压与前馈比例系数相乘，得到电压前馈信号；

(4)将所述的电流前馈信号、电压前馈信号和指令信号相加，得到调制信号；利用PWM调制器使所述的调制信号与给定的三角载波信号进行比较，生成开关信号，以对并网逆变器中的开关管进行控制。

所述的电流调节器为PI(比例积分)控制器或PR(比例谐振)控制器。

所述的步骤(3)中，根据前馈传递函数H_c(s)＝L₁s/k_pwm对电容电流进行前馈运算处理；其中：k_pwm为PWM(脉冲宽度调制)比例增益，且k_pwm＝V_dc/V_cm，V_dc为直流母线电压(即并网逆变器直流侧的输入电压)，V_cm为三角载波幅值，L₁为逆变侧电感的电感值，s＝jω，ω为角频率。

所述的前馈比例系数k＝1/k_pwm；其中：k_pwm为PWM比例增益，且k_pwm＝V_dc/V_cm，V_dc为直流母线电压，V_cm为三角载波幅值。