一种并网逆变器谐波电流抑制方法及可读存储介质

摘要

本发明公开了一种并网逆变器谐波电流抑制方法及可读存储介质，涉及电力系统技术领域，一种并网逆变器谐波电流抑制方法，所述方法包括如下步骤：建立并网逆变器系统数学模型；基于所述数学模型计算并网系统的参考值，并根据所述并网系统的参考确定系统环节参数；根据所述并网系统的参考值和所述系统环节参数求解系统状态反馈控制参数；基于所述系统状态反馈控制参数对并网逆变器系统进行控制。本发明方法在并网系统参考值计算环节的引入消除了系统稳定性与谐波电流抑制能力之间的耦合，提高了并网逆变器谐波电流抑制能力。

权利要求

1.一种并网逆变器谐波电流抑制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：建立并网逆变器系统数学模型；

基于所述数学模型计算并网系统的参考值，并根据所述并网系统的参考确定系统环节参数；

根据所述并网系统的参考值和所述系统环节参数求解系统状态反馈控制参数；

基于所述系统状态反馈控制参数对并网逆变器系统进行控制；

所述建立并网逆变器系统数学模型，包括：

选取并网逆变器系统的逆变器侧电流、并网电流和电容电压为系统的状态变量建立并网逆变器系统数学模型；

对所述数学模型进行坐标变换获得改进坐标系下的系统数学模型；

根据基尔霍夫定律对改进坐标系下的系统数学模型进行模型简化；

具体的说，根据KCL和KVL定理，对坐标变换后的系统数学模型的独立性进行分析实现对系统模型的降维；

所述基于所述数学模型计算并网系统的参考值，包括：基于改进坐标系下的系统并网电流的参考值计算改进坐标系下的系统并网电压的参考值；

通过所述改进坐标系下的系统并网电压的参考值替换改进坐标系下的系统数学模型中的电压测量值并对替换后的系统数学模型进行矩阵表示；

所述根据所述并网系统的参考确定系统环节参数，包括：给定系统在电网阻抗影响下的相角裕度，根据改进坐标系下的系统并网电压的参考值计算系统的控制器参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述并网系统的参考值和所述系统环节参数求解系统状态反馈控制参数，包括：根据给定的系统并网电流的参考值、所述控制器参数以及矩阵表示后的系统数学模型求解系统状态反馈控制参数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在求解系统状态反馈控制参数之后，所述方法还包括：根据求解获得的系统状态反馈控制参数确定占空比以获得控制量。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤。

说明书

一种并网逆变器谐波电流抑制方法及可读存储介质

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统技术领域，特别是一种并网逆变器谐波电流抑制方法及可读存储介质。

背景技术

[0002] 由于微电网中电网结构是灵活多变的，因此电网阻抗往往呈现大范围时变特性。对接入微电网中的三相LCL型并网逆变器而言，它的数学模型中被引入了一个未知的变化量，会造成LCL滤波器的谐振频率偏移并且降低控制系统的带宽，因此给控制系统的稳定性带来了很大的挑战。为了提高系统的稳定性，现有的方法主要有两种思路，一种采用电网阻抗在线测量的方法，消除并网逆变器数学模型中的参数摄动，然后再计算控制器参数值；另一种采用提高系统鲁棒性的方法，通过改变并网逆变器的等效输出阻抗，使得系统在电网阻抗可能的变化范围内均能保持稳定。

[0003] 然而电网阻抗在线测量需要向电网中注入冲击信号或者周期性变化的信号，会造成电网电能质量的下降，并且当多个并网逆变器并联运行时，电网阻抗的测量结果物理意义不明确，显然对谐波电流的抑制能力还缺少进一步的优化。

发明内容

[0004] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种并网逆变器谐波电流抑制方法及可读存储介质，在并网系统参考值计算环节的引入消除了系统稳定性与谐波电流抑制能力之间的耦合，提高了并网逆变器谐波电流抑制能力。

[0005] 本发明的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种并网逆变器谐波电流抑制方法，所述方法包括如下步骤：

[0006] 建立并网逆变器系统数学模型；

[0007] 基于所述数学模型计算并网系统的参考值，并根据所述并网系统的参考确定系统环节参数；

[0008] 根据所述并网系统的参考值和所述系统环节参数求解系统状态反馈控制参数；

[0009] 基于所述系统状态反馈控制参数对并网逆变器系统进行控制。

[0010] 可选的，所述建立并网逆变器系统数学模型，包括：

[0011] 选取并网逆变器系统的逆变器侧电流、并网电流和电容电压为系统的状态变量建立并网逆变器系统数学模型；

[0012] 对所述数学模型进行坐标变换获得改进坐标系下的系统数学模型；

[0013] 根据基尔霍夫定律对改进坐标系下的系统数学模型进行模型简化。

[0014] 可选的，所述基于所述数学模型计算并网系统的参考值，包括：

[0015] 基于改进坐标系下的系统并网电流的参考值计算改进坐标系下的系统并网电压的参考值；

[0016] 通过所述改进坐标系下的系统并网电压的参考值替换改进坐标系下的系统数学模型中的电压测量值并对替换后的系统数学模型进行矩阵表示。

[0017] 可选的，所述根据所述并网系统的参考确定系统环节参数，包括：

[0018] 给定系统在电网阻抗影响下的相角裕度，根据改进坐标系下的系统并网电压的参考值计算系统的控制器参数。

[0019] 可选的，所述根据所述并网系统的参考值和所述系统环节参数求解系统状态反馈控制参数，包括：

[0020] 根据给定的系统并网电流的参考值、所述控制器参数以及矩阵表示后的系统数学模型求解系统状态反馈控制参数。

[0021] 可选的，在求解系统状态反馈控制参数之后，所述方法还包括：

[0022] 根据求解获得的系统状态反馈控制参数确定占空比以获得控制量。

[0023] 本发明的目的之二是通过这样的技术方案实现的，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现前述的方法的步骤。

[0024] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明方法在并网系统参考值计算环节的引入消除了系统稳定性与谐波电流抑制能力之间的耦合，提高了并网逆变器谐波电流抑制能力。

[0025] 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

[0026] 本发明的附图说明如下：

[0027] 图1为本发明第一实施例流程图；

[0028] 图2为本发明第一实施例系统电路拓扑结构图；

[0029] 图3为本发明第一实施例电容电压参考值计算环节示意图；

[0030] 图4为本发明第一实施例电容电压参考值计算环节开环幅相特性曲线；

[0031] 图5为本发明第一实施例反馈控制系统结构图。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0033] 本发明第一实施例提出一种并网逆变器谐波电流抑制方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

[0034] 建立并网逆变器系统数学模型；

[0035] 基于所述数学模型计算并网系统的参考值，并根据所述并网系统的参考确定系统环节参数；

[0036] 根据所述并网系统的参考值和所述系统环节参数求解系统状态反馈控制参数；

[0037] 基于所述系统状态反馈控制参数对并网逆变器系统进行控制。

[0038] 本发明方法在并网系统参考值计算环节的引入消除了系统稳定性与谐波电流抑制能力之间的耦合，提高了并网逆变器谐波电流抑制能力。

[0039] 可选的，所述建立并网逆变器系统数学模型，包括：

[0040] 选取并网逆变器系统的逆变器侧电流、并网电流和电容电压为系统的状态变量建立并网逆变器系统数学模型；

[0041] 具体的说，在本实施例中，建立并网逆变器系统数学模型，本实施例中以图2所示的电路拓扑结构为例，所建立的并网逆变器系统数学模型满足：

[0042]

[0043] 对所述数学模型进行坐标变换获得改进坐标系下的系统数学模型；

[0044] 具体的说，利用abc/dq变换对并网逆变器系统数学模型的式(1)进行坐标变换，可以得到dq坐标系下系统的模型：

[0045]

[0046] 根据基尔霍夫定律对改进坐标系下的系统数学模型进行模型简化。

[0047] 具体的说，根据KCL和KVL定理，对坐标变换后的系统数学模型的独立性进行分析，由于式(2)中三个状态变量之间不是相互独立的，其中独立变量数为2个，因此本实施例中选取并网电流和电容电压作为独立状态变量，可以式(2)所示的系统模型简化为：

[0048]

[0049] 由此可以实现对系统模型的降维。

[0050] 可选的，在前述实施例的基础上，在本发明一个可选的实施例中，所述基于所述数学模型计算并网系统的参考值，包括：

[0051] 基于改进坐标系下的系统并网电流的参考值计算改进坐标系下的系统并网电压的参考值；

[0052] 通过所述改进坐标系下的系统并网电压的参考值替换改进坐标系下的系统数学模型中的电压测量值并对替换后的系统数学模型进行矩阵表示。

[0053] 具体的说，本方案具体为，根据前述系统数学模型，根据并网电流反馈控制获得电容电压的参考值，并用参考值替代式(3)中电容电压的测量值。

[0054] 进一步说，根据式(1)中所示，电容电压与电网阻抗值有关，因此当电网阻抗大范围变化且未知时，电容电压是不能够实现精确控制的。为此，本实施例中，获取系统电容电压参考值的方法如图3所示，图中， 分别是dq坐标系下并网电流的参考值， 分别是dq坐标系下电容电压的参考值，则电容电压的参考值可以采用如下公式获得：

[0055]

[0056] 根据式(4)中获得的电容电压参考值替代式(3)电容电压的测量值，则可以将系统简化后的模型式(3)重新表示为：

[0057]

[0058] 在通过所述改进坐标系下的系统并网电压的参考值替换改进坐标系下的系统数学模型中的电压测量值之后，进一步的，在本实施例中，对替换后的系统数学模型进行矩阵表示：

[0059] 定义状态向量：x＝[igd  igq  Vcd  Vcq]T，观测向量：z＝x，控制向量：则可以将系统改写为矩阵形式：

[0060]

[0061] 式中：

[0062] 可选的，所述根据所述并网系统的参考确定系统环节参数，包括：

[0063] 给定系统在电网阻抗影响下的相角裕度，根据改进坐标系下的系统并网电压的参考值计算系统的控制器参数。

[0064] 具体的说，在前述实施例的基础上，在本实施例中，给定系统在电网阻抗的影响下的相角裕度为40°至70°，选取电容电压参考值计算环节的参数kp和ki，根据相角裕度要求，利用图4所示的bode图可以计算出一组满足条件的系统的控制器参数kp和ki。

[0065] 可选的，所述根据所述并网系统的参考值和所述系统环节参数求解系统状态反馈控制参数，包括：

[0066] 根据给定的系统并网电流的参考值、所述控制器参数以及矩阵表示后的系统数学模型求解系统状态反馈控制参数。

[0067] 具体的说，在本实施例中，根据给定并网电流is的参考值、前述计算得到的控制器参数kp和ki，以及系统的矩阵形式求解系统状态反馈控制参数。

[0068] 进一步说，在本实施例中可以采用采用H∞控制理论求解状态反馈控制器增益，状态反馈控制系统结构如图5所示，其中，如果存在矩阵P>0，Q>0，且满足：

[0069] AP+BQ+(AP+BQ)T＜0    (7)

[0070] 其中，

[0071] 则根据式(7)的解，可以获得系统状态反馈控制器的增益参数k1和k2。

[0072] 可选的，在求解系统状态反馈控制参数之后，所述方法还包括：

[0073] 根据求解获得的系统状态反馈控制参数确定占空比以获得控制量。

[0074] 具体的说，在前述实施例的基础上，本实施例中进一步计算占空比的数值，得到控制量的值，满足：

[0075]

[0076] 最后，根据所获得的控制量的值对并网逆变器系统进行控制。

[0077] 本发明方法针对三相LCL型并网逆变器的模型，通过abc/dq变换以及状态变量之间独立性的分析，在具体实施案例中能够将系统模型从9阶降至4阶，大大地简化了系统设计的复杂度，减少了传感器的使用数量，降低了成本，提高了系统可靠性。

[0078] 本发明方法提出的电容电压参考值计算方法，改变了系统精确模型对电网阻抗的依赖，实现了系统稳定性与电网阻抗之间的解耦。利用并网电流反馈构造的电容电压参考值计算环节，由于电网阻抗在它的前馈通道上，因此通过选择合理的参数能够实现对电网阻抗无穷大变化范围内的稳定，且稳态误差为0。在此基础上，针对采用电容电压参考值替代电容电压测量值的新系统模型，采用H∞控制理论设计状态反馈控制律实现并网系统的渐近稳定。

[0079] 综上所述，本发明方法电容电压参考值计算环节实现了系统稳定性与电网阻抗大范围变化之间的独立性，消除了系统模型中的参数化不确定性；状态反馈控制实现了系统对并网电流给定值和电容电压给定值的无差跟踪，对并网电流谐波分量呈现无穷大阻抗，提高了三相LCL型并网逆变器对并网电流中谐波分量的抑制能力。相比现有方法实现了对并网电流谐波分量的无穷大阻抗，提高了并网电流的质量。相比全反馈方法，本方法要求的传感器数量更少，且控制器参数设计方法简单。

[0080] 本发明的目的之二是通过这样的技术方案实现的，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现第一实施例的方法的步骤。

[0081] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

[0082] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0083] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0084] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0085] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的保护范围之内。