一种减少含LLC滤波直流微电网非线性系统谐波的方法与流程

本发明提供了一种减少含llc滤波直流微电网非线性系统谐波的方法，属于直流微电网滤波方法。

背景技术：

1、直流母线电压控制是直流或混合交流/直流微电网非线性系统运行中的一项重要任务。直流微电网供电不仅可以有效地解决大电网线损过大的问题，而且可以提高供电的可靠性。在实际实施中，当交直流整流器发生故障时，直流微电网各部件应识别故障情况并独立运行。如何抑制直流微电网母线电压的波动，保证系统稳定运行是直流微电网研究领域的热点问题之一。为了进一步控制直流母线电压，不仅仅要实时观测直流母线电压状态，还要提前预设影响直流母线电压稳定运行的扰动，规避干扰量。直流微电网可以给直流负载供电也可以给交流负载供电，但是不同的负载反馈到直流母线的扰动是不一样的，直流微电网中扰动以纹波为主，纹波是一种杂波信号，它在直流母线上随机上下波动，随着时间的变化，它呈现不同的周期性，本发明的系统主要为低频纹波，它的多少受到用户侧滤波电容的影响，电容的容量不能无限制地增加，不可避免的会造成输出低频纹波的残留，其大小由控制系统的增益和dc/dc变换电路决定。由于电流型和电压型控制dc/dc变换电路的纹波抑制能力相对较低且他们的输出端低频交流纹波较大。所以必须对低频纹波采取滤波措施实现电源的低纹波输出。而用户侧交流负载大量接入，均通过电力电子变换器接入直流母线，也会将部分谐波反馈到直流母线上，同时非线性电力电子变换器的使用也会造成谐波污染，这些谐波如果不加控制，会影响直流微电网的电能质量。保证电网的电能质量，尤其是谐波和闪变，对电网系统影响显著[1](唐捷，张勇军，潘峰，等.新型配电系统的用电可靠性综合评价技术综述[j].广东电力，2021，34(11)：1-10)。

2、文献[2](王成山，李微，王议锋，等.直流微电网母线电压波动分类及抑制方法综述[j].中国电机工程学报，2017，37(1)：84-94)对直流母线电压扰动的不同类型进行了对比阐述，及总结了现有的维持直流母线电压稳定的方法，并对波动抑制方法的前景进行了展望；文献[3](chen w，guo m，jin q，et al.reliability analysis method of powerquality monitoring device based on non-parametric estimation[c].2019 14thieee conference on industrial electronics and applications(iciea)，2019：1526-1529，doi：10.1109/iciea.2019.8833999)分析了给系统造成谐波污染的设备，提出一种频率分辨率高、计算量小的谐波、间谐波分析模型；文献[4](莫跃，刘明，王健，等.基于观测器的mmc功率模块故障诊断方法[j].广东电力，2021，34(9)：80-86)提出了一种基于非参数估计的电能质量监测设备运行可靠性分析方法，实现了对电能质量监测设备的可靠性远程分析与评估，有利于发现降低可靠性的隐患，提高电网公司的管理水平。但这些文献并未提出如何减少直流母线纹波/谐波含量。

3、因此本发明提出了一种新型滤波方法，目的是保证直流电网电能质量，为区域性电网提供电网滤波新思路。将传统电压电流双闭环控制改为双闭环前馈控制，实时监测直流母线电压，滤除直流电网纹波；并加入llc滤波，滤除直流电网谐波。将直流母线扰动控制在一定区间内，得更平滑的直流母线电压波形。

技术实现思路

1、本发明为了解决直流微电网母线中纹波/谐波滤除问题，提出了一种减少含llc滤波直流微电网非线性系统谐波的方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种减少含llc滤波直流微电网非线性系统谐波的方法，所述直流微电网非线性系统采用线性电压电流双闭环pi控制，并加入前馈电流环内环控制，其中双闭环中的电流环作为内环控制，和前馈电流环共同控制输入直流母线实际数值，双闭环中的电流环将电感电流和非线性干扰观测器输入到前馈电流环中的扰动电流进行对比，计算出的电流误差值通过电路运算变为直流母线电压实际输出值，再将直流母线电压实际输出值与直流母线电压参考值进行对比，追踪直流母线电压的扰动误差，并通过llc滤波器进行滤波。

3、所述直流微电网非线性系统的直流母线电压通过电力电子变换器与新能源光伏系统和混合储能系统相连，所述llc滤波器连接在直流微电网非线性系统的dc/ac侧。

4、所述llc滤波器电路的传递函数的表达式如下：

5、

6、上式中：h(jω)为传递函数，q为品质因素，uab为并联交流负载峰值电压，urf为负载电压，rf为负载电阻，lr为柔性电感，cr为谐振电容，lm为励磁电感，lr、cr、lm构成llc滤波器，电感比例系数h＝lm/lr，fr为llc滤波电路的谐振频率，

7、所述品质因数q的计算公式如下：

8、

9、上式中：mlr-ref为输入电压和输出电压比值。

10、所述llc滤波器电路的复频域全反馈表达式如下：

11、

12、上式中：uab(s)为并联交流负载峰值电压；ic(s)为电容电流；gllc(s)为llc滤波反馈系数，c为直流母线电容。

13、所述非线性干扰观测器的前馈控制复频域的计算公式如下：

14、

15、其中：k为系数，k＝us/udc，是复合储能端口电压us和直流母线电压udc的比值，为扰动电流观测值，c为直流母线电容，gf为前馈电流环函数，gu为双闭环中的电压环函数，gi为双闭环中的电流环函数。

16、本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的方法可以滤除直流电网自身纹波和非线性电力电子变换器带来的谐波，将直流母线扰动控制在一定区间内，光伏系统和复合储能系统通过电力电子变换器与直流母线电压相连接，进行能量传输为负荷供电，直流微电网非线性系统采用线性电压电流双闭环pi控制，并加入前馈电流环内环控制。其中双闭环中的电流环作为内环控制，和前馈电流环共同控制输入直流母线实际数值，双闭环中的电流环将电感电流和非线性干扰观测器输入到前馈电流环中的扰动电流进行对比，计算出误差值并转换为直流母线电压实际输出值，再将直流母线电压实际输出值与直流母线电压参考值进行对比，追踪直流母线电压扰动误差，通过llc滤波器进行滤波，从而保证电能质量，提高系统经济性。

技术特征：

1.一种减少含llc滤波直流微电网非线性系统谐波的方法，其特征在于：所述直流微电网非线性系统采用线性电压电流双闭环pi控制，并加入前馈电流环内环控制，其中双闭环中的电流环作为内环控制，和前馈电流环共同控制输入直流母线实际数值，双闭环中的电流环将电感电流和非线性干扰观测器输入到前馈电流环中的扰动电流进行对比，计算出的电流误差值通过电路运算变为直流母线电压实际输出值，再将直流母线电压实际输出值与直流母线电压参考值进行对比，追踪直流母线电压的扰动误差，并通过llc滤波器进行滤波。

2.根据权利要求1所述的一种减少含llc滤波直流微电网非线性系统谐波的方法，其特征在于：所述直流微电网非线性系统的直流母线电压通过电力电子变换器与新能源光伏系统和混合储能系统相连，所述llc滤波器连接在直流微电网非线性系统的dc/ac侧。

3.根据权利要求2所述的一种减少含llc滤波直流微电网非线性系统谐波的方法，其特征在于：所述llc滤波器电路的传递函数的表达式如下：

4.根据权利要求3所述的一种减少含llc滤波直流微电网非线性系统谐波的方法，其特征在于：所述品质因数q的计算公式如下：

5.根据权利要求4所述的一种减少含llc滤波直流微电网非线性系统谐波的方法，其特征在于：所述llc滤波器电路的复频域全反馈表达式如下：

6.根据权利要求5所述的一种减少含llc滤波直流微电网非线性系统谐波的方法，其特征在于：所述非线性干扰观测器的前馈控制复频域的计算公式如下：

技术总结
本发明提供了一种减少含LLC滤波直流微电网非线性系统谐波的方法，属于直流微电网滤波技术领域；解决了直流微电网母线中纹波/谐波滤除问题；所述直流微电网非线性系统采用线性电压电流双闭环PI控制，并加入前馈电流环内环控制，其中双闭环中的电流环作为内环控制，和前馈电流环共同控制输入直流母线实际数值，双闭环中的电流环将电感电流和非线性干扰观测器输入到前馈电流环中的扰动电流进行对比，计算出的电流误差值通过电路运算变为直流母线电压实际输出值，再将直流母线电压实际输出值与直流母线电压参考值进行对比，追踪直流母线电压的扰动误差，并通过LLC滤波器进行滤波；本发明应用于直流电网复合储能系统滤波。

技术研发人员：耿杰,高卫宏,刘杰,梁经龙,刘波,田军涛,程声烽,刘泽宇
受保护的技术使用者：中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15