[发明专利]一种电压控制型逆变器的主导动态消除控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种电压控制型逆变器的主导动态消除控制系统及控制方法，属于分布式电源并网逆变器控制技术领域，方法包括采用复变量建立了αβ坐标系下三相逆变器时域状态空间模型；设计了一种紧凑简洁的基于复变量的状态反馈控制结构，分离系统的状态反馈与前馈控制，使得系统的闭环极点与闭环零点能够独立地配置；通过状态反馈控制优化设计系统的闭环极点位置，以优化状态变量运动模态；利用闭环零点抵消主导闭环极点，从而消除系统的慢动态过程。本发明引入了复变量的应用，使得系统的闭环零点能够于整个复平面内任意配置，从而可令闭环零点与主导闭环极点相重合，进而消除由控制器引入的主导慢动态过程，提高系统的动态响应速度。

技术领域

本发明属于分布式电源并网逆变器控制技术领域，具体涉及一种电压控制型逆变器的主导动态消除控制系统及控制方法。

背景技术

分布式能源多为直流电源，往往需经由电力电子变换器接入电网，其中逆变器控制技术因其具备智能电网支持功能的特点而得到了广泛的应用。分布式电源接口逆变器主要有三种类型：电网馈入型、电网构成型和电网支持型。电网馈入型主要采用P/Q控制，传统的可再生能源大多以电压跟随型的P/Q控制方式来实现最大功率输出，但这种控制方式并不能够有效阻尼可再生能源的功率波动，可能会给电网带来电压分布不均、电能质量问题和谐波问题。电网构成型为定电压定频率的电压控制方式，类似于单台不间断电源的控制方式，该控制方式多为孤岛微电网运行下为整个电网提供电压基准值。电网支持型接口逆变器是一种电网友好型的接入控制方式，能够根据电网频率及电压的变化适时调整自身的有功或无功出力，从而达到主动参与电网电压及频率调节的控制效果。随着可再生能源大规模并网，分布式能源在参与电网调节的作用愈发明显，使得电网支持型接口逆变器越来越受关注。其中，尤其是电压控制型的电网支持型逆变器，更因其特有的优点，如具有类似于传统发电机的电压源特性、便于并网和孤岛模式之间的切换、便于多电源之间功率共享及分配等，获得了广泛的研究和应用。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种电压控制型逆变器的主导动态消除控制系统及控制方法，整合电流控制与电压控制为统一的基于状态反馈结构的控制算法，且分离状态反馈与输入前馈控制(参考值前馈与负载电流前馈)，使得控制系统的闭环极点与零点能够独立设计。通过设计状态反馈控制律和前馈控制律使得闭环零点与主导闭环极点相重合，以消除由复变量谐振控制器引入的主导慢动态过程，提高控制系统的动态响应速度。

技术方案：与现有技术相比，本发明采用以下技术方案：

一种电压控制型逆变器的主导动态消除控制方法，包括以下步骤：

(1)对于具有LC滤波器配置的三相逆变电路，基于时域状态空间模型，采用复变量建立了αβ坐标系下三相逆变器时域状态空间模型；

(2)设计状态反馈控制律，通过状态反馈控制优化设计系统的闭环极点位置，以优化状态变量运动模态；

(3)设计前馈控制律，通过前馈控制设计实现自由配置系统闭环零点，利用闭环零点抵消主导闭环极点，从而消除系统的慢动态过程，提高系统的动态响应，改善系统控制性能。

进一步的，步骤(1)中αβ坐标系下三相逆变器时域状态空间模型为：

其中，变量x_p＝[i_L u_C]^T＝[i_Lα+ji_Lβu_Cα+ju_Cβ]^T为状态空间模型的状态变量，表示电感电流与电容电压，黑体表示复变量，w＝i_l＝i_lα+ji_lβ表示逆变电路中负载电流扰动变量，v_c为逆变电路中桥臂电压，为控制输入，y为控制系统输出；