1.一种基于前馈补偿和虚拟阻抗的并网控制方法,其特征在于:所述方法包含以下步骤:
步骤1、构建一台三相并网逆变器主电路系统;
步骤2、利用锁相环得到电网公共耦合点三相电压的相角,并生成参考电流;
步骤3、将逆变器侧电感电流和电网公共耦合点电压进行坐标变换,并得到αβ坐标系下的主电路模型;
步骤4、将α轴的参考电流和αβ坐标变换后逆变器侧α轴电流进行做差,再减去由αβ坐标变换后的公共耦合点的β轴电压与前馈补偿函数的乘积作为误差输入;而将β轴的参考电流和αβ坐标变换后的逆变器侧β轴电流进行做差,再加上由αβ坐标变换后的公共耦合点的α轴电压与前馈补偿函数的乘积作为误差输入;
步骤5、误差输入再经过多PR控制补偿器得到Upwm_αβ,再减去内环虚拟阻抗的压降得到最终的调制信号,控制三相半桥逆变器功率管的开通和关断。
2.根据权利要求1所述的一种基于前馈补偿和虚拟阻抗的并网控制方法,其特征在于:在步骤1中,所述构建一台三相并网逆变器主电路系统,其具体实施步骤如下:三相主电路结构主要由三部分组成:功率开关器件、LCL滤波器、网侧电抗;其中6个功率开关器件组成三相半桥结构,LCL滤波器用于滤除功率开关器件输出的高次电压谐波,网侧电抗用于模拟长距离传输的线路阻抗。
3.根据权利要求1所述的一种基于前馈补偿和虚拟阻抗的并网控制方法,其特征在于:在步骤2中,所述利用锁相环得到电网公共耦合点三相电压的相角,并生成参考电流;其具体实施步骤如下:利用锁相环所得到的相角θPLL用于生成参考电流:(1)式中iref_α和iref_β分别为αβ轴的参考电流;iref为参考电流的有效值;θPLL为锁相环输出的相角。
4.根据权利要求1所述的一种基于前馈补偿和虚拟阻抗的并网控制方法,其特征在于:在步骤3中,所述将逆变器侧电感电流和电网公共耦合点电压进行坐标变换,并得到αβ坐标系下的主电路模型;其具体实施步骤如下:由于三相系统中3k次谐波含量很低,而其他次谐波的三相电压或电流的瞬时值之和为零,这里k为整数;因此三相系统中实际上只有两个独立的变量,因此结合电机中实际存在的空间位置进行坐标变换;选择采用等功率变换,有:(2)式中i1α和i1β分别为αβ坐标系下αβ轴的逆变器侧电感电流;i1a,i1b和i1c分别为abc坐标系下逆变器侧三相电感电流;
(3)式中Upcc_α和Upcc_β分别为αβ坐标系下αβ轴的PCC点电压;Upcc_a,Upcc_b和Upcc_c分别为abc坐标系下PCC点电压;
由上面坐标变换得到了新坐标系下的变量,从坐标变换可以看出变换过程只涉及数值上的加减,两轴之间变量并不会产生耦合,因此αβ坐标系下的主电路模型和abc坐标系下主电路模型一致,以α轴为例,分别选取电感电流和电容电压为状态变量得到(4)式:(4)式中Upwm_1为αβ坐标变换后α轴最终的输出调制信号;VCa为主电路电容电压αβ坐标变换后α轴的电容电压;L1和L2分别为主电路的LCL滤波器的逆变器侧电感和网侧电感;i1α、i2α、iCα分别为LCL滤波器αβ坐标变换后的逆变器侧电感电流、网侧电感电流、和电容电流,利用(4)式变量之间的关系可以得到αβ坐标系下主电路结构。
5.根据权利要求1所述的一种基于前馈补偿和虚拟阻抗的并网控制方法,其特征在于:在步骤4中,将α轴的参考电流和αβ坐标变换后逆变器侧α轴电流进行做差,再减去由αβ坐标变换后的公共耦合点的β轴电压与前馈补偿函数的乘积作为误差输入;而将β轴的参考电流和αβ坐标变换后的逆变器侧β轴电流进行做差,再加上由αβ坐标变换后的公共耦合点的α轴电压与前馈补偿函数的乘积作为误差输入;其具体实施步骤如下:首先用参考电流减去逆变器侧电流作为未补偿前的误差信号:(5)式中ieeα和ieeβ分别为αβ轴参考电流与逆变器侧电流之差;iref_α和iref_β分别为αβ轴参考电流给定;i1α和i1β分别为αβ轴逆变器侧电流;
然后对误差信号进行补偿,补偿信号为αβ各轴的电容电流,利用PCC点电压近似得到:icα+jicβ≈sC(Vcα+jVcβ)≈‑ωCUpcc_β+jωCUpcc_α (6)结合式(5)和(6)得到最终的控制器输出信号为:(7)式中ieα和ieβ分别为αβ轴控制补偿器的输入;ieeα和ieeβ分别为αβ轴参考电流与逆变器侧电流之差;Gf(s)为前馈补偿函数;Upcc_α和Upcc_β分别为αβ轴公共耦合点电压;
其中Gf(s)是为了提取各次谐波:
(8)式中ωcut为函数Gf(s)的带宽;ω0为锁相环所检测的角速度,C为主电路电容。
6.根据权利要求1所述的一种基于前馈补偿和虚拟阻抗的并网控制方法,其特征在于:在步骤5中,所述误差输入再经过多PR控制补偿器得到Upwm_αβ,再减去内环虚拟阻抗的压降得到最终的调制信号,控制三相半桥逆变器功率管的开通和关断;其具体实施步骤如下:为抑制电网背景谐波电流,补偿器需要在低次谐波处有较大的增益,因此采用多PR并联的方式:
(9)式中ωcut为函数GPI(s)的带宽;ω0为锁相环所检测的角速度,s为微分算子,Kr为比例系数;
为了增加系统阻尼,采用逆变器侧串联虚拟阻抗的方法,即在控制器的输出上再减去逆变器侧电感虚拟阻抗产生的压降:
(10)式中Upwm_1和Upwm_2分别为αβ轴最终的输出调制信号;Upwm_α和Upwm_β分别为αβ轴未加虚拟阻抗上的输出调制信号;R1为人为增加的虚拟阻抗值;i1α和i1β分别为逆变器侧电感电流。