一种基于状态反馈的lcl型逆变器解耦控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及逆变器控制领域，尤其是涉及一种基于状态反馈的LCL型逆变器解耦 控制方法。
【背景技术】
[0002] 新能源发电技术的迅速发展，使得并网逆变技术成为研究热点。作为并网逆变系 统的关键部分，并网逆变器通常采用脉宽调制技术（PWM)，其输出电流中含有高次谐波，无 法满足并网要求。因此，其输出与电网间需要接入滤波器，常用L型和LCL型两种类型滤波 器。LCL型滤波器与L型滤波器相比有更理想的高频滤波效果，且体积和损耗均小于同等滤 波效果的L型滤波器。如何通过改进控制策略提高LCL型并网逆变器性能引起了广泛关注。 如图11所示LCL型滤波器与并网逆变器的连接示意图，LCL型滤波器包括第一电感LU电 容CJ和第二电感L2,第一电感Ll的一端连接并网逆变器的输出端，第一电感Ll的另一端 分别连接电容CJ的正极和第二电感L2的一端，电容CJ的负极接地，第二电感L2的另一端 连接用电端。
[0003] 根据参考坐标系的不同，并网逆变器的控制器可分为基于静止三相自然坐标系和 基于旋转两相同步坐标系两类。在静止三相坐标下，比例谐振控制器（PR)能够直接对交流 信号进行跟踪，避免了坐标变换所引起的耦合问题，然而PR存在难以实现数字离散化等问 题。因此，大多数应用场合选择基于同步坐标系的控制控制策略。在同步坐标系下，三相交 流信号经过abc/dq坐标变换变为两相直流信号。但是变换得到的dq分量间存在耦合，该 问题在LCL滤波器情况下变得尤为突出，严重影响控制系统的动态性能。针对耦合问题，将 耦合项当作外部干扰项直接忽略的方案可以在很大程度上降低控制器的设计难度，实现dq 分量之间的独立控制，然而，直接忽略耦合项必然引起建模失真，导致输出电流质量降低。 与直接忽略耦合项相比，通过系统传递函数等效变换，引入耦合补偿项的方法提高了模型 准确度，能够保证较高的输出电流质量。然而，该方案实质上是通过引入适当的补偿项来替 代原有耦合项，以实现精确建模，但是无法消除dq分量间的耦合影响。
[0004] 中国专利CN102545264A公开了一种基于状态量前馈解耦的并网逆变器的控制方 法，包括：（1)采集电网电压、电流反馈量和状态量；(2)根据电流反馈量生成指令信号；（3) 根据状态量求得前馈信号；(4)使指令信号与前馈信号叠加得到调制信号，根据调制信号 生成控制并网逆变器的开关信号。该专利通过引入前馈量以实现三阶系统有源阻尼方案， 状态量前馈将原三阶系统降解为一阶系统，简化了控制器设计过程。然而，在采用同步坐标 系下的控制方法时，由坐标变换带来的dq分量之间的耦合问题在该专利中并没有考虑。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于状态反馈 的LCL型逆变器解耦控制方法，不仅保证了建模过程的准确性，确保较高的入网电流质量， 而且能有效消除dq分量间的耦合影响，实现输出有功与无功间的独立控制，改善系统动态 性能。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种基于状态反馈的LCL型逆变器解耦控制方法，用于并网逆变器的PffM控制，所 述并网逆变器通过LCL滤波器连接用电端，所述LCL滤波器包括第一电感、电容和第二电 感，该LCL型逆变器解耦控制方法包括以下步骤：
[0008] Sl :设定入网电流给定值12的有功分量和无功分量，实时采集监测参数，监测参数 包括入网电流实际值i 2、电容两端电压实际值u。、流过第一电感的电流实际值iJP电网电 压e，并得到监测参数对应的有功分量和无功分量；
[0009] S2 :入网电流给定值"的有功分量和无功分量分别通过监测参数的状态反馈和闭 环控制获得并网逆变器输出电压给定值< 的有功分量和无功分量；
[0010] S3 :根据并网逆变器输出电压给定值< 的有功分量和无功分量进行PffM控制，输 出的开关控制PWM波控制并网逆变器。
[0011] 所述步骤S2中获取并网逆变器输出电压给定值<的有功分量的方法具体为：
[0012] 11)入网电流给定值i2的有功分量减去入网电流实际值i 2的有功分量后进行外 环PI控制获得经过状态反馈后电容两端电压值u。'的有功分量；
[0013] 12)u(/的有功分量分别减去第二电感的无功分量親合项和e的有功分量后获得 电容两端电压给定值<的有功分量；
[0014] 13)电容两端电压给定值^的有功分量减去电容两端电压实际值u。的有功分量后 进行中环P控制获得经过状态反馈后第一个电感的电流值i/的有功分量；
[0015] 14) V的有功分量分别减去电容的无功分量耦合项和入网电流实际值i2的有功 分量后获得流过第一电感的电流给定值?的有功分量；
[0016] 15)流过第一电感的电流给定值f的有功分量减去流过第一电感的电流实际值I1 的有功分量后进行内环P控制获得经过状态反馈后并网逆变器输出电压值U1'的有功分 量；
[0017] 16) U1'的有功分量分别减去第一电感的无功分量親合项和电容两端电压实际值 u。的有功分量后获得并网逆变器输出电压给定值 < 的有功分量；
[0018] 获取并网逆变器输出电压给定值:》Γ的无功分量的方法具体为：
[0019] 21)入网电流给定值i2的无功分量减去入网电流实际值i 2的无功分量后进行外 环PI控制获得经过状态反馈后电容两端电压值u。'的无功分量；
[0020] 22)1^的无功分量加上第二电感的有功分量耦合项后减去e的无功分量，获得电 容两端电压给定值<的无功分量；
[0021 ] 23)电容两端电压给定值的无功分量减去电容两端电压实际值u。的无功分量后 进行中环P控制获得经过状态反馈后第一个电感的电流值i/的无功分量；
[0022] 24) i/的无功分量加上电容的有功分量耦合项后减去入网电流实际值i2的无功 分量，获得流过第一电感的电流给定值?的无功分量；
[0023] 25)流过第一电感的电流给定值f的无功分量减去流过第一电感的电流实际值I1 的无功分量后进行内环P控制获得经过状态反馈后并网逆变器输出电压值U1'的无功分 量；
[0024] 26) U1'的无功分量加上第一电感的有功分量親合项后减去电容两端电压实际值 u。的无功分量，获得并网逆变器输出电压给定值^的无功分量。
[0025] 所述第二电感的有功分量耦合项和无功分量耦合项分别为c〇L2i2d和c〇L 2i2q，其 中，ω为电网电压角频率，L2为第二电感的电感值，下标d表示有功分量，下标q表示无功 分量。
[0026] 所述电容的有功分量耦合项和无功分量耦合项分别为ω &^和ω Cu^其中，ω为 电网电压角频率，C为电容的电容值，下标d表示有功分量，下标q表示无功分量。
[0027] 所述第一电感的有功分量親合项和无功分量親合项分别为WL1Iild和ω L Jld，其 中，ω为电网电压角频率，L1为第一电感的电感值，下标d表示有功分量，下标q表示无功 分量。
[0028] 所述外环PI控制的比例系数Kpi、积分系数K1以及中环P控制的比例系数K P2和内 环P控制的比例系数Kp3满足以下公式：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 其中，L1S第一电感的电感值，C为电容的电容值，LA第二电感的电感值。
[0033] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0034] 1)通过去除LCL滤波器带来的耦合项，消除了同步坐标系下dq分量之间的耦合问 题，实现了 dq分量之间的动态解耦，能够有效消除有功与无功分量之间的耦合影响，实现 有功、无功分量的独立控制；
[0035] 2)通过去除LCL滤波器带来的耦合项，实现了系统的精确建模，使得控制系统的 设计更为准确，保证输出入网电流有较高的电能质量；
[0036] 3)通过去除LCL滤波器带来的耦合项，在保证系统精确建模的基础上实现了 dq分 量之间的动态解耦，消除了电流指令变化时其有功分量与无功分量之间的耦合影响，改善 电流指令变化时系统动态性能。
[0037] 4)为了保证系统稳定性、稳定裕度要求，对外环、中环和内环的控制参数KP1、V K P2、Kp3进行优化设计，从而提供系统稳定性和稳定裕度。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明的控制框图；
[0039] 图2为直接忽略耦合项方案的控制框图；
[0040] 图3为d轴等效变换的示意图；
[0041] 其中，（3a)为等效变换前d轴模型示意图，（3b)为等效变换后d轴模型示意图；
[0042] 图4为补偿耦合项方案的控制框图；
[0043] 图5为包含状态反馈的系统方框图；
[0044] 图6为L1解親后t旲型结构不意图；
[0045] 图7为电谷C解親后_旲型结构不意图；
[0046] 图8为电感L2解親后_旲型结构不意图；
[0047] 图9为入网电流仿真波形示意图；
[0048] 其中，