[发明专利]一种基于LCL-LC的并网系统有源阻尼参数设计方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统中的新能源分布式发电控制技术领域，计及一种考虑了系统控制延时、电网阻抗适应性和电网扰动的LCL-LC型并网系统控制器以及有源阻尼参数设计方法，使得整个光伏并网系统具有较强的稳定性和鲁棒性。

背景技术

全球日益增长的能源消耗极大地增加了风力、太阳能等可再生能源的需求。光伏并网逆变器作为光伏电池板和电网的衔接设备，其稳定性分析以及其与分布式发电系统之间的动态响应问题越来越受到广泛的关注。然而，光伏并网系统通常使用DC-DC与DC-AC两级式逆变器，导致输出电压中含有大量的谐波分量，使得注入电网的电流里面包含大量逆变器开关频率处的高次谐波。因此，需要在光伏并网逆变器和电网单元之间安装一个低通滤波器来减小注入电网公共连接点(PointofCommonCoupling，PCC)的高次谐波。

传统L型滤波器需要较大的滤波电感才能满足入网电流的总畸变率指标，因此大大增加了系统成本，降低了电流环的响应速度。和L型滤波器相比，LCL型滤波器具有较强的高频谐波抑制能力，但在某些特定频次的谐波表现的阻抗接近于零。相比于LCL型滤波器，LLCL型滤波器在逆变器侧电感相同的前提下效率更高且控制更为简单，但削弱多个谐振峰值需要多个LC支路，整体设计会变得更加复杂。最新提出的LCL-LC型滤波器结合了LCL和LLCL型滤波器的优点，可以将开关频率处的谐波电流旁路，因此具有更好的滤波性能。同时，LCL-LC型滤波器成本较低，更适用于大容量的光伏并网系统，具有十分广阔的发展前景。

基于LCL-LC滤波器的并网逆变系统由于参数过多，各参数间关系复杂而较难设计。申请公布号为CN103825438A的中国专利提出了一种LCL-LC型滤波器主电路的参数设计方法，但对系统控制参数以及滤波器有源阻尼的设计方法并未提及。此外，ChenLeiBao等人在IEEETransactionsonPowerElectronics发表的题为《Step-by-StepcontrollerdesignforLCL-typegrid-connectedinverterwithcapacitor-current-feedbackactive-damping》的文章提出一种利用电容电流反馈的控制器分步设计方法，这种基于LCL型滤波器系统参数设计方法虽然简洁易懂，却没有考虑控制延时对系统的影响；FeiLi等人在IEEETransactionsonPowerElectronics发表的题为《AnLCL-LCfilterforgrid-connectedconverter:topology,parameter,andanalysis》的文章中提出解耦LCL-LC型滤波器，将LCL-LC型滤波器的参数设计分解为传统的LCL滤波器参数设计和LC支路的参数设计，但是这种方法仍然只涉及了LCL-LC型滤波器主电路参数设计而并没有解决控制参数设计的问题。因此有必要研究一种符合电网实际情况并且具有强鲁棒性的LCL-LC型光伏并网逆变器有源阻尼参数设计方法。

发明内容

本发明的主要目的是，克服现有技术的不足，提出一种计及系统控制延时、电网阻抗适应性和电网扰动的LCL-LC型光伏并网逆变器有源阻尼参数设计方法，使得整个光伏并网系统具有较强的稳定性和鲁棒性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的具体技术方案为：

提供一种基于电容电压反馈的LCL-LC型光伏并网逆变器控制器参数以及有源阻尼参数设计方法。该方法在考虑控制延时的基础上，以能够保证系统稳定性的相角裕度(PM)、幅值裕度(GM)和幅值误差(E_A)为限制线，构造合理的参数域，以便从中选出合理的参数。具体包括如下步骤：

S1，在考虑控制延时的基础上，建立基于电容电压反馈的LCL-LC型光伏并网逆变器控制电路的数学模型；利用得出的数学模型获取比例谐振(ProportionalResonant，PR)控制器的参数K_p和K_r的相关表达式。

S2，建立光伏并网逆变器系统截止频率f_c与比例阻尼系数K_uc的数学模型；以保证系统稳定性的PM、GM和E_A为限制条件，利用数学模型找出符合条件的f_c与K_uc参数域，并从中选出合适的f_c与K_uc值。