一种基于IPC-GCFAD的并网逆变器中高频段振荡抑制实现方法

本发明涉及电力电子技术功率变换器性能，特别涉及一种基于ipc-gcfad的并网逆变器中高频段振荡抑制实现方法。

背景技术：

1、伴随着新能源渗透率不断提升，并网逆变器所面临的宽频带振荡风险及其潜在影响区域也呈现出扩大的趋势。这类源自并网逆变器与电网相互作用的宽频带振荡现象，已成为新能源电力系统维持安全运营的重大隐患。轻微情况下可能导致电力电子设备遭受损害；严重状况下则可能导致新能源发电单元的大面积脱网故障、系统整体运行受阻，乃至部分电网区域被迫解列。对并网逆变器与电网相互作用的稳定性及振荡抑制策略进行分析和研究，将有助于确保逆变器并网的安全与稳定，推动新能源发电系统的发展。

2、并网逆变器中高频段阻抗特性受滤波器和延时影响易呈现负阻尼特性，当并网逆变器阻抗与电网阻抗动态交互在该频段时，系统易因稳定裕度不足产生振荡问题。目前现有技术中也有通过在系统中添加额外的阻尼补偿环节，来达到优化并网逆变器阻抗特性的目标。其中采用电网电流反馈(gcfad)的方式，因不需要引入额外的高精度传感器，更适合用于工程领域。gcfad能够为中高频段阻抗特性提供虚拟正电阻，但其存在一个关键阈值——虚拟电阻临界频率。如果系统的实际谐振频率超过这个临界频率，原本提供的虚拟正电阻就会转变为负电阻，系统将会因为缺乏有效的阻尼作用而难以保持稳定状态。

3、基于此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于ipc-gcfad(改进相位补偿的电网电流反馈回路)的并网逆变器中高频段振荡抑制实现方法，扩大gcfad为系统提供的虚拟正电阻区间，保障有源阻尼在阻抗宽范围变化时能始终提供虚拟正电阻，提高阻抗交互在中高频段时的系统稳定性，抑制系统中高频段易存在的振荡问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于ipc-gcfad的并网逆变器中高频段振荡抑制实现方法，包括：

4、s100在电网电流反馈回路(gcfad)中加入改进的相位超前补偿器；

5、s200得到改进相位补偿的电网电流反馈回路(ipc-gcfad)；

6、s300对改进相位补偿的电网电流反馈回路(ipc-gcfad)进行等效变换；

7、s400建立存在电网阻抗的基于改进相位补偿的电网电流反馈回路(ipc-gcfad)的并网电流数学模型；

8、s500根据并网电流数学模型对改进相位补偿的电网电流反馈回路(ipc-gcfad)中的有源阻尼回路进行控制策略参数设计；

9、s600设计电流控制器参数。

10、本发明优选的，所述改进的相位超前补偿器采用改进的一阶相位超前补偿器；其中一阶相位超前补偿器gp(s)，表达式为：

11、

12、式中ts为采样周期，s为；

13、改进的一阶相位超前补偿器的传递函数gipc(s)，表达式为：

14、

15、式中m为。

16、本发明优选的，所述改进相位补偿的电网电流反馈回路(ipc-gcfad)gipcad(s)，函数表达式为：

17、

18、其中kad为增益，ωad为截止角频率。

19、本发明优选的，所述步骤s500根据并网电流数学模型对改进相位补偿的电网电流反馈回路(ipc-gcfad)中的有源阻尼回路进行控制策略参数设计具体包括：根据并网电流数学模型建立有源阻尼回路闭环传递函数、有源阻尼回路特征方程和期望有源阻尼回路特征方程，设计并确定期望有源阻尼回路特征方程的各个参数，得以完成改进相位补偿的电网电流反馈回路(ipc-gcfad)中的有源阻尼回路进行控制策略参数设计。

20、本发明优选的，所述设计并确定期望有源阻尼回路特征方程的各个参数中，确定关键的参数y，y为复平面上实数极点同共轭极点距虚轴距离的比值，参数y根据改进相位补偿的电网电流反馈回路中高通滤波器的转折频率而确定y＝2。

21、与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

22、(1)本发明在gcfad反馈回路的基础上，加入改进的相位超前补偿器，不仅能够有效减少系统因延时环节导致的相位滞后，进而可以扩大gcfad为系统提供的虚拟正电阻区间，保障有源阻尼在阻抗宽范围变化时能始终提供虚拟正电阻，提高阻抗交互在中高频段时的系统稳定性，抑制系统中高频段易存在的振荡问题。

23、(2)本发明采用改进的一阶相位超前补偿器，可以降低设计系统控制参数的难度，还能避免噪声干扰。

技术特征：

1.一种基于ipc-gcfad的并网逆变器中高频段振荡抑制实现方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于ipc-gcfad的并网逆变器中高频段振荡抑制实现方法，其特征在于，所述改进的相位超前补偿器采用改进的一阶相位超前补偿器；其中一阶相位超前补偿器gp(s)，表达式为：

3.根据权利要求1所述的基于ipc-gcfad的并网逆变器中高频段振荡抑制实现方法，其特征在于，所述改进相位补偿的电网电流反馈回路(ipc-gcfad)gipcad(s)，函数表达式为：

4.根据权利要求1所述的基于ipc-gcfad的并网逆变器中高频段振荡抑制实现方法，其特征在于，所述并网电流数学模型采用如下：计算目标参考电流与实际电流的误差，通过电流控制器对该误差进行控制，生成电流控制信号，再通过补偿网络调节电流控制信号，然后通过pwm放大器放大电流控制信号以驱动逆变器开关，接着依次通过滤波电感、滤波电容、并网电感和电网阻抗的总容抗后，利用反馈回路将实际并网电流反馈回去与参考电流目标参考电流比较，形成闭环控制，期间改进的一阶相位超前补偿器将补偿后的信号加入反馈回路中。

5.根据权利要求1所述的基于ipc-gcfad的并网逆变器中高频段振荡抑制实现方法，其特征在于，所述步骤s500根据并网电流数学模型对改进相位补偿的电网电流反馈回路(ipc-gcfad)中的有源阻尼回路进行控制策略参数设计具体包括：根据并网电流数学模型建立有源阻尼回路闭环传递函数、有源阻尼回路特征方程和期望有源阻尼回路特征方程，设计并确定期望有源阻尼回路特征方程的各个参数，得以完成改进相位补偿的电网电流反馈回路(ipc-gcfad)中的有源阻尼回路进行控制策略参数设计。

6.根据权利要求5所述的基于ipc-gcfad的并网逆变器中高频段振荡抑制实现方法，其特征在于，所述设计并确定期望有源阻尼回路特征方程的各个参数中，确定关键的参数y，y为复平面上实数极点同共轭极点距虚轴距离的比值，参数y根据改进相位补偿的电网电流反馈回路中高通滤波器的转折频率而确定y＝2。

技术总结
本发明提供了一种基于IPC‑GCFAD的并网逆变器中高频段振荡抑制实现方法，涉及电力电子技术功率变换器性能技术领域，通过在GCFAD反馈回路的基础上，加入改进的相位超前补偿器，不仅能够有效减少系统因延时环节导致的相位滞后，进而可以扩大GCFAD为系统提供的虚拟正电阻区间，保障有源阻尼在阻抗宽范围变化时能始终提供虚拟正电阻，提高阻抗交互在中高频段时的系统稳定性，抑制系统中高频段易存在的振荡问题。

技术研发人员：黄松涛,黄昱恺,任子傲,叶杰,徐金榜,沈安文
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/21