并网逆变器电流内环多谐振PR控制方法与流程

本发明属于电力技术领域。

背景技术：

目前常用的并网逆变器主要为电压源型并网逆变器(voltage-sourceinverter，

vsi)，由于其输出电流谐波成分含量较高而污染电网，因此以往的解决办法是通过在逆变桥和并网点间加装滤波器用以限制谐波进入电网，进而可以提高输出电流电能质量，降低电网中的低次谐波含量。lcl型滤波器可有效的过滤并网逆变器输出电流中的低次谐波分量，但滤波器本身含固有谐振频率进而存在谐振特性，影响逆变器安全稳定运行，因此需要对系统增加阻尼加以控制。具体方法包括加入有源阻尼和无源阻尼，无源阻尼指将电阻串联在lcl滤波器中用以限制谐波，此方法存在能量损耗，降低系统效率。有源阻尼指将电容电流反馈引入指滤波器自动控制回路中，此方法不产生功率损耗，并且可以消除系统谐振。

vsi目前使用双环控制方法，外环控制可根据系统控制目标或功率从而给出输出电流的目标值，内环控制是通过控制目标值进而对逆变器的输出电流值进行控制。由此可知，并网逆变器内环控制系统的控制策略及控制参数的设计对输出电流的电能质量具有十分重要的作用。传统的l型逆变器通过依托两相旋转坐标而进行的比例积分(proportional-integral，pi)控制无法有效解决逆变器d、q分量耦合的问题，因此文献提出了通过两相静止坐标系建立控制器用以简化其结构，提高并网逆变器的性能，但静止坐标系中内环控制器输出的参考电流为交流，而pi控制无法有效追踪交流量。因此，针对此问题，有文献研究提出比例谐振(proportional-resonant，pr)控制系统可在某一固定频率实现无限增益，此方法可以控制两相静止坐标系下的输出电流。

技术实现要素：

本发明的目的是基于控制系统的开环bode图提出一种有缘阻尼多谐振比例谐振控制器的并网逆变器电流内环多谐振pr控制方法。

本发明步骤是：

1)并网逆变器控制系统结构

由脉宽调制模块、锁相环模块、内环电流控制器构成，其控制策略为ug_abc为通过pll采集的电网侧相电压并计算得到其相位，并将无功电流iq_ref和有功电流id_ref进行反park变换得到αβ坐标系下的参考交流电流iα_ref和iβ_ref；内环电流控制器将输出电流ig_abc经ckark变换后得到igα、igβ并作为控制量，内环电流控制器gpr在比较反馈输入电流与参考交流电流之后，不断地校正输出电流以贴近期望输出电流；在信号传输过程中，最终调制信号由反clark变换得到的三相信号叠加三相电容电流ic_abc后得到的有源阻尼信号生成；调制信号输入pwm后得到相应驱动信号；

2)lcl型并网逆变器控制系统模型

逆变器在s域下进行建模后得到lcl型逆变器控制模型，依据开关周期平均可将其等效为一个比例模型，增益为

uf为逆变桥输出电压作为输入，ig为并网电流作为输出时，得到计及电容电流反馈的逆变器传递函数如下式所示：

电容电流反馈系数为k'，其值k'＝kkpwm；

3)多谐振pr控制器

pr控制器传递函数为：

kp是主要用于控制系统带宽的固定系数；

进行补偿的两谐振控制器与单pr控制器并联，最终形成多谐振pr控制器

本发明可以有效抑制并网逆变器产生的谐波，提高电能质量，有效的保证电力系统有较好的稳定性和动态性能。

附图说明

图1逆变器拓扑结构图；

图2两相坐标系下逆变器控制结构图；

图3两相坐标系下的逆变器控制原理；

图4不同k值时系统bode图；

图5线路电感对系统影响；

图6有补偿时电网谐波电流分析；

图7无补偿时电网谐波电流分析。

具体实施方式

本发明本发明所要解决的技术问题是，针对并网逆变器中传统lcl型滤波器存在固有谐振且输出电流存在谐波会污染电网的问题，并基于控制系统的开环bode图提出一种有缘阻尼多谐振比例谐振控制器。

解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于有源阻尼的并网逆变器电流内环多谐振pr控制方法，它包括以下内容：

1)并网逆变器控制系统结构

基于静止坐标系提出了一种逆变器控制策略，主要由脉宽调制模块(pulsewidthmodulation，pwm)、锁相环模块(phaselockloop，pll)以及内环电流控制器构成，其控制策略为ug_abc为通过pll采集的电网侧相电压并计算得到其相位，并将无功电流iq_ref和有功电流id_ref进行反park变换得到αβ坐标系下的参考交流电流iα_ref和iβ_ref。内环电流控制器将输出电流ig_abc经ckark变换后得到igα、igβ并作为控制量，内环电流控制器gpr在比较反馈输入电流与参考交流电流之后，不断地校正输出电流以贴近期望输出电流。在信号传输过程中，最终调制信号由反clark变换得到的三相信号叠加三相电容电流ic_abc后得到的有源阻尼信号生成。调制信号输入pwm后得到相应驱动信号，可实现控制输出电流的相位和幅值，确保输出实时追踪参考值，同时可抑制谐波。

2)lcl型并网逆变器控制系统模型

系统可通过解耦等效成为两个单相逆变器分别进行控制。图3为引入容性电流后得到的并网逆变器控制系统框图。对此逆变器在s域下进行建模后得到lcl型逆变器控制模型。

此模型在控制过程中不考虑电感支路中等效电阻。图3所示gpr为电流内环pr控制器，k为电容电流系数。依据开关周期平均可将其等效为一个比例模型，增益为

uf为逆变桥输出电压作为输入，ig为并网电流作为输出时，可得到计及电容电流反馈的逆变器传递函数如下式所示：

上式中，为电容电流反馈系数为k'，其值

k'＝kkpwm，在控制过程中通过配置此参数可增加系统阻尼，用以限制lcl型逆变器谐振带来的影响。

3)多谐振pr控制器

当系统频率固定时，pr控制器可以产生无穷大增益效果，将此控制器用于内环电流控制时，可对某特定频率进行追踪，故而当多pr控制器并联时可实现对固定频率的谐波进行有效抑制。

pr控制器传递函数为：

但出于稳定性考虑，采用如下传递函数：

kp是主要用于控制系统带宽的固定系数，其余参数主要对谐振控制器对固定频率信号的追踪能力产生影响。

由于系统中5次、7次谐波含量较多，因此需对其进行重点补偿，通过将对5次、7次谐波进行补偿的两谐振控制器与单pr控制器并联，最终形成多谐振pr控制器。

在matlab/simulink上建立10kw逆变器模型验证所提方法。根据图1搭建模型，而后依据图2及第三节给出的参数将pr控制引入并网逆变器中。如图1所示，130v/400v升压变压器t将三相逆变器并网，系统控制时采集低压侧三相电压与电流信号用以进行控制。

逆变器系统控制采用离散控制方式，可以使得逆变器更接近于实际运行情况，将多谐振pg控制器离散化后得到z域下的数学模型，进而对逆变器进行控制。

给出并网逆变器输出电流，其中id_ref＝65a，iq_ref＝0a。给出仅含基波控制的输出电流作为对比，从而验证本文所提出的控制策略对5/7次谐波的抑制功能。为逆变器输出采用谐波进行补偿时的电流，从结果中可知，两种方式下逆变器均可稳定输出电流，因此所提出的控制策略可消除谐波影响，保证系统输出的稳定。

图6和图7为两种不同控制策略下的逆变器输出电流谐波情况分析，由图可以看出，5/7次谐波含量得到明显抑制。

通过在matlab/simulink平台搭建的模型验证本逆变器可降低输出电流中的5/7次谐波，提高电能质量，保证并网逆变器稳定运行。