[发明专利]一种电容电压比例微分反馈的并网逆变器控制方法

说明书

本发明公开了一种电容电压比例微分反馈的并网逆变器控制方法。本发明针对采用逆变器侧电感电流控制和电容电压锁相的并网逆变器存在的问题，包括并网电流易受电网电压背景谐波影响和弱电网下系统可能会不稳定两个方面，提出一种电容电压比例微分反馈的控制策略。该策略通过加入电容电压比例微分反馈，保证了并网逆变器系统在弱电网下稳定的同时，具有对电网电压背景谐波的强抗扰性能。

技术领域

本发明涉及一种并网逆变器电容电压比例微分反馈的控制方法，尤其涉及一种用于弱电网下提升并网逆变器并网电流谐波抑制效果的电容电压比例微分反馈的控制策略，属于新能源并网发电领域。

背景技术

近年来，为了应对能源危机和环境污染等问题，以风能和太阳能为代表的可再生能源正得到越来越广泛的利用。并网逆变器作为分布式可再生发电单元与电网之间的接口，正成为国内外学者研究的热点。

对LCL型并网逆变器而言，逆变器侧电感电流和并网电流均可以作为控制对象。控制逆变器侧电感电流可以实现功率器件的瞬时过流保护，节约了额外的电流采样成本。除了电流反馈控制之外，并网逆变器至少还需要一组电压采样用来对电网电压进行锁相，可选择采样公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)电压或滤波电容电压来实现。其中，采样滤波电容电压不仅可以将其作为状态变量进行反馈，实现对LCL滤波器谐振的有源阻尼，还易于实现逆变器在并网模式和独立模式间的相互切换。考虑到对低成本实现快速过电流保护和谐振阻尼的需求，实际工业应用中常选择逆变器侧电感电流控制和电容电压锁相。

对于采用逆变器侧电感电流控制的并网逆变器而言，由于并网电流是间接控制的，存在一条经过网侧电感和滤波电容的不受控电流支路，其并网电流对电网电压中存在的低频背景谐波更为敏感。随着分布式电源渗透率的提升，电网电压背景谐波含量显著增加。电网电压背景谐波将会引起并网逆变器并网电流畸变，引起设备损耗增加、利用率和使用寿命下降等问题。也会影响继电保护和计量装置的可靠性及准确性。

为保证接入并网逆变器后电网仍安全、稳定且高质量运行，国内外制定了一系列并网逆变器接入标准和技术规范，如我国制定的国家标准GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》、国家电网公司企业标准Q/GDW 617-2011《光伏电站接入电网技术规定》和国际标准IEEE Std.1547.1a-2015、IEEE Std.1547-2018等。这些标准和技术规范均对并网电流的谐波含量做出了明确限制。因此，为满足相关并网电流谐波标准，并网逆变器必须能够有效抑制电网电压背景谐波引起的并网电流谐波。

要提高并网逆变器对电网电压背景谐波引起的并网电流谐波的抑制能力，有两种基本的方法：1)提高并网电流环的环路增益；2)采用电网电压前馈控制。

提高并网电流环的环路增益有采用多谐振调节器或重复控制器的方法，但是采用多谐振调节器方法会影响系统的环路增益，可能导致系统不稳定；重复控制的不足是并网逆变器的动态性能较差。如果将电网电压采样，并通过合适的传递函数叠加到并网逆变器的调制波v_M中，与电网电压对并网电流产生的影响进行对消，同样可以实现并网电流谐波分量的抑制，该方法即为电网电压前馈控制策略。

现有研究针对单相LCL型并网逆变器提出电网电压全前馈控制方法，推导了完全消除电网电压对并网电流影响的电网电压全前馈函数，从而大大提高了并网逆变器对高次谐波的抑制能力。但在工程应用中为节约成本，常采用变压器漏感来作为并网逆变器的网侧电感，这会导致无法直接采样PCC电压。

因此，如何在不增加采样的前提下，保证逆变器在弱电网下稳定的同时，提升对并网电流谐波的抑制效果是本领域研究人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种弱电网下并网逆变器电容电压比例微分反馈的控制方法，该方法能够保证并网逆变器系统在弱电网下稳定的同时，提升对并网电流谐波的抑制效果。