[发明专利]并网逆变器的相位超前补偿控制器和电压前馈控制方法

说明书

并网逆变器的相位超前补偿控制器和电压前馈控制方法。相位超前补偿器设置在LCL型并联逆变器电路含电压前馈的双环电流控制中，安装在正向通路上，由同向比例放大器、加法器和反向比例放大器构成。加入相位超前补偿后的双环电流控制电路从公共耦合点采集电压U_pcc经锁相环PLL后与给定的电流幅值合成电流参考值i_ref，电流参考值i_ref与采集的并网电流i_g经过电流控制器G_c(s)得到电压U₁，经过相位超前补偿器G_i(s)得到补偿后输出电压U^*₁。U^*₁和电压前馈信号U_{pcc_f}以及反馈的电容电流k₁i_c相结合，得到相位超前补偿后的调制信号U^*_inv以控制开关管S₁‑S₄的开断。本发明减小了由电压前馈控制引起的不稳定区域，增大逆变器输出阻抗的相角、提高对变化电网阻抗的鲁棒性，改善并网电流质量。

(一)技术领域

本发明属电力电子控制范畴，涉及并网逆变器的相位超前补偿，具体是一种并网逆变器的相位超前补偿控制器和电压前馈控制方法。

(二)背景技术

在弱电网中，由于并网逆变器易出现LCL谐振问题，常采用电容电流和并网电流的双环电流控制方法。并且为了抑制由电网失真引起的低次电流谐波，电压前馈控制得到了广泛地应用。实践证明，在大多数情况下，具有电网电压前馈的逆变器实现了优异的性能并满足电网规范。然而，只要电力电子设备在公共连接点(PCC)接入电网，在PCC处电网阻抗就会变化非常大，不可被忽略。Xu J,Xie S,Tang T发表于2013年《IET Power Electron》第6卷第2期上的《Evaluations of current control in weak grid case for grid-connected LCL-filtered inverter》指出在弱电网下，电压前馈控制会导致系统控制性能下降，稳定裕度大幅度减小，甚至出现不稳定现象。因此，在弱电网下，并网逆变器的稳定运行至关重要，是急需解决的问题。

为此，钱强、谢少军、季林等人发表于2016年《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》提出通过降低电压前馈增益来提高并网逆变器的稳定裕度。该方法在一定程度上提高了系统的稳定性，但电压前馈增益的减小会使逆变器输出阻抗的减小，不利于并网电流低次谐波的抑制。

另外，J.Xu,S.Xie,T.Tang.发表于2014年《IET Power Electron》第7卷第10期上的《Improved control strategy with grid-voltage feedforward for LCL-filter-based inverter connected to weak grid》提出了一种自适应电流控制来提高控制性能，但需要实时监测电网阻抗，并可能产生由微分电压前馈带来的噪音。

由此可以看出以上方法使得系统设计的复杂性大大增加，同时均未涉及通过增加相位超前或滞后补偿来提高并网逆变器的稳定裕度，使其对变化的电网阻抗具有较强的鲁棒性。

(三)发明内容

本发明的目的是针对弱电网中电压前馈控制所导致的系统控制性能下降，稳定裕度大幅度减小，甚至出现不稳定现象，提出一种新的并网逆变器的相位超前补偿控制器和电压前馈控制方法。提高逆变器对变化电网阻抗的鲁棒性，改善并网电流质量。

本发明的目的是这样达到的：在LCL型并联逆变器电路中，相位超前补偿器G_i(s)设置在含电压前馈的双环电流控制中，安装在正向通路上。

相位超前补偿器由三级运算放大器构成：