[发明专利]弱电网下具有电网电压前馈滞后补偿的并网逆变器控制方法

说明书

本发明公开了一种弱电网下具有电网电压前馈滞后补偿的并网逆变器控制方法。本发明针对弱电网情况下采用电网电压直接前馈导致的并网逆变器稳定性问题，提出一种电网电压前馈滞后补偿的控制方法，该方法通过在电网电压前馈通道上增加低通滤波环节的方式，保证了并网逆变器与电网电压直接前馈控制的基波增益相同，实现了基波的无稳态误差跟踪。本发明不仅能够抑制电网背景谐波，而且大幅增加了并网逆变器在弱电网情况下的相位裕度，提高了并网逆变器的电网适应性。

技术领域

本发明涉及并网逆变器系统的控制方法，尤其是涉及一种弱电网下具有电网电压前馈滞后补偿的并网逆变器控制方法。

背景技术

随着分布式发电系统的迅速发展，并网逆变器得到广泛应用。由于在地处偏远的分布式发电系统中，长距离传输线以及大量变压装置的存在会给电网带来一个不可忽略的等效阻抗，使得电网呈现弱电网特性。在具有高阻抗的弱电网情况下，逆变器与电网之间会形成一个动态的互联系统，该系统在其公共耦合点(point of common coupling，PCC)会造成并网逆变器控制系统带宽下降，影响其控制稳定性。并网逆变器采用电网电压直接前馈能够有效补偿电网背景谐波所导致的电流谐波从而获得了广泛的应用，但是有文献指出弱电网情况下采用电网电压直接前馈控制会大幅降低并网逆变器的稳定裕度，可能导致并网逆变器不稳定，例如许津铭、谢少军和唐婷发表于2014年8月25日《中国电机工程学报》第34卷第24期上的《弱电网下LCL滤波并网逆变器自适应电流控制》，该文指出弱电网下电网电压比例前馈会形成正反馈通道，大幅降低LCL型并网逆变器的稳定裕度，甚至导致系统不稳定。

为此，钱强、谢少军和季林等发表于2016年11月20日《中国电机工程学报》第36卷第22期上的《一种提升逆变器对电网适应能力的电流控制策略》，该文指出可以通过降低电网电压的前馈增益，以提高并网逆变器的稳定裕度，该方法在一定程度上改善了并网逆变器的稳定性，但是该方法会使并网逆变器基波增益大幅降低，不利于基波跟踪，增加了并网电流反馈值和指令值之间的稳态误差。

另外，在弱电网下可以通过降低锁相环的带宽来提高并网逆变器稳定性，例如：吴恒、阮新波和杨东升发表于2014年10月25日《中国电机工程学报》第34卷第30期上的《弱电网条件下锁相环对LCL型并网逆变器稳定性的影响研究及锁相环参数设计》，该文根据相角裕度要求对锁相环的参数进行设计，改变了锁相环的带宽，增强了逆变器在电流源模式下对不同电网阻抗的适应性，但是这类方法大幅降低了并网逆变器锁相的快速性，此时，如果电网阻抗很大，为了使得并网逆变器稳定运行，锁相环带宽需要调到很低，此时，不适用于动态性能要求高的场合。

综上所述，现有技术存在以下问题：

(1)针对弱电网情况，现有文献采用电网电压直接前馈控制的方法会造成并网逆变器的稳定性大幅降低，通过降低电网电压的前馈增益可以提升系统稳定性，但是该方法会降低基波增益，增加了并网电流反馈值和指令值之间的稳态误差，不利于基波跟踪；

(2)现有基于电网电压前馈的控制方案中，均未涉及通过在电网电压前馈通道中添加低通滤波环节构成电网电压前馈滞后补偿来实现逆变器并网稳定的问题。

发明内容

为克服上述各种技术方案的局限性，针对弱电网情况下采用电网电压直接前馈导致的并网逆变器稳定性问题，提出一种电网电压前馈滞后补偿的控制方法，该方法通过在电网电压前馈通道上增加低通滤波环节的方式，保证了并网逆变器与电网电压直接前馈控制的基波增益相同，实现了基波的无稳态误差跟踪。本发明不仅能够抑制电网背景谐波，而且大幅增加了并网逆变器在弱电网情况下的相位裕度，提高了并网逆变器的电网适应性。

本发明的目的是这样实现的。本发明提出了一种弱电网下具有电网电压前馈滞后补偿的并网逆变器控制方法，本控制方法的主要步骤如下：