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专利号: 2018103292419
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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αβ轴的参考电流和αβ坐标变换后逆变器侧电流进行做差,再减去/加上引入的前馈量作为误差输入;

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顺时值之和为零,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,因此可以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可以得到(4)式: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,所述将αβ轴的参考电流和αβ坐标变换后逆变器侧电流进行做差,再减去/加上引入的前馈量作为误差输入;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(Ucα+jUcβ)≈-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)是为了提前各次谐波:

(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,本发明方法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。