[发明专利]一种弱电网下光伏并网逆变器无源准PR控制方法

说明书

本发明提出了一种弱电网下光伏并网逆变器无源准PR控制方法，属于光伏并网逆变器控制技术领域。所述方法过程为：根据弱电网下单相全桥逆变器等效拓扑图结合基尔霍夫定律，构建状态平均模型，然后推导出单相并网逆变器的欧拉‑拉格朗日数学模型；建立逆变系统能量函数并分析逆变系统存在的能量关系，然后对系统进行无源性分析，证明逆变系统的无源性；建立逆变系统的误差能量存储函数，通过分析逆变系统的误差能量存储方程变化率确定：通过添加阻尼的策略能够有效改变逆变系统的误差能量存储方程的变化速率，缩短其减小到零的时间；将误差能量存储函数中的误差变量先送入准PR控制器处理后，再送入传统无源控制器，获得无源准PR控制策略。

技术领域

本发明涉及一种弱电网下光伏并网逆变器无源准PR控制方法，属于光伏并网逆变器控制技术领域。

背景技术

光伏并网逆变器承载着将光伏电池产生的直流电变换为交流电并送入电网的任务，同时还要根据光伏电池的运行状态，实现最大功率跟踪控制。常规设计的光伏逆变器，对于抗干扰能力较强的电网能够实现较为良好的运行控制；然而对于电网阻抗大、短路容量低、电网电压容易波动的弱电网来说，大规模光伏逆变器的接入不利于弱电网的稳定运行，与此同时，弱电网更为复杂的电气特性还会给逆变器的控制性能带来不利影响，严重时甚至会造成系统运行状态失稳等一系列问题。当前，分布式光伏并网发电处于井喷式发展阶段，亟需研究能够确保光伏逆变器稳定可靠地接入弱电网并能提高并网电能质量的控制方法。

目前国内外对基于无源理论设计的太阳能单相光伏并网逆变器的探索大多着眼于三相并网运行环境，针对弱电网的复杂电气特性及对单相光伏逆变器的研究均较少。除此之外，在弱电网运行环境下，传统的无源控制器并网电能质量不理想，THD值较高。针对电气特性复杂的弱电网，如何设计出适应性更好，鲁棒性更强的光伏并网逆变器，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明为了解决基于传统无源控制的光伏并网逆变器在弱电网下并网电能质量不理想的问题，提出一种弱电网下光伏并网逆变器无源准PR控制方法，所采取的技术方案如下：

一种弱电网下光伏并网逆变器无源准PR控制方法，所述控制方法适用于电网阻抗较大、电网电压不稳定的弱电网环境，所述控制方法包括如下步骤：

步骤一、根据弱电网下单相全桥逆变器等效拓扑图，结合基尔霍夫定律，对单相并网逆变器构建针对弱电网并网工作环境的状态平均模型，然后根据所述状态平均模型推导出针对弱电网并网运行环境的单相并网逆变器的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型；

步骤二、建立逆变系统能量函数并分析逆变系统存在的能量关系，然后根据所述能量函数和所述能量关系对系统进行无源性分析，证明逆变系统的无源性；

步骤三、建立逆变系统的误差能量存储函数，通过分析逆变系统的误差能量存储方程变化率，获得误差能量存储方程变化率的变化所受影响为：通过添加阻尼的策略能够有效改变逆变系统的误差能量存储方程的变化速率，缩短其减小到零的时间；

步骤四、将误差能量存储函数中的误差变量先送入准PR控制器处理后，再送入传统无源控制器，获得无源准PR控制策略：

其中，u_A为全桥逆变器开关管的控制信号，u_A＝1时，表示开关S₁和S₄导通；u_A＝-1时，表示开关管S₂和S₃导通；为逆变器输出电压给定参考量；L表示逆变器输出滤波电感；i_L为逆变器的输出电流；为逆变器输出电流给定参考量；G_QPR为准PR控制的传递函数；ξ₁为阻尼系数；x₁表示状态变量；U_dc表示直流侧输入电压。