[发明专利]提高LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种LCL型并网逆变器控制方法，具体为通过虚拟阻抗对逆变器的输出阻抗进行校正的方法，可有效提高并网逆变器对弱电网条件的适应能力，即在电网存在宽范围变化的电网阻抗和严重的电压背景谐波时，仍然能够保证并网逆变器稳定可靠地工作，同时保证并网电流中的谐波满足并网标准。

背景技术

分布式发电系统作为可再生能源利用的主要方式之一，既能支持现有配电网的经济运行，又清洁环保，在电网中所占的容量比例将持续增大。

然而，随着分布式电源并网功率的增加和接入电网位置的广泛分布，电网越来越表现出弱电网的特性，主要存在以下两个特点：1)电网阻抗不可以忽略，且随电网的运行方式变化；2)并网点电压存在严重的背景谐波。这种弱电网特性对分布式电源与电网之间的接口，即并网逆变器，提出了更高的要求。其中电网阻抗会改变逆变器控制系统的环路增益，可能导致控制系统不稳定；而电网电压背景谐波会导致并网电流发生畸变。

根据Q/GDW480-2010、IEEE Std1547-2003等分布式电源并网标准的要求，并网逆变器需要适应电网短路容量与其额定容量之比为10时所对应的电网阻抗值，同时并网电流的各次谐波都需要控制在相应的限定值以内。因此，在弱电网下，不仅要求逆变器在电网阻抗变化时保证控制系统的稳定性，而且要能够很好地抑制由电网电压造成的并网电流畸变。为了方便阐述，本发明将这两方面的要求分别简称为稳定性要求和抗扰性能要求。

图1是现有LCL型并网逆变器的结构图。LCL型并网逆变器包括直流电源1，逆变桥2，LCL滤波器3，公共电网4，电流控制器5和PWM生成器6。其中，逆变桥2是由开关管S₁～S₄和续流二极管D₁～D₄组成；LCL滤波器3是由滤波电感L₁，L₂和滤波电容C组成；公共电网4是由电网阻抗Z_g和电网电压源v_g组成；CS₁和CS₂分别为检测电容电流i_C和并网电流i_g的传感器，VS₁为并网点电压传感器。H_i1,H_i2和H_v1分别为电容电流i_C、并网电流i_g和并网点电压v_pcc的采样系数，根据H_i1,H_i2和H_v1得到电容电流反馈信号i_{C_of}，并网电流反馈信号i_{g_of}和并网点电压反馈信号v_{pcc_of}。

电流控制器5根据传感器VS₁检测到并网点电压，利用锁相环求得其相位角θ，并利用并网点电压相位角θ与并网电流指令提供的有效值I^*一起构成并网电流实际的指令值i_ref，进而对并网电流进行闭环调节，其具体的控制过程将在结合下面的控制框图来说明。为了抑制LCL滤波器的谐振尖峰，电流控制器5中反馈了电容电流进行有源阻尼。

图2是图1所示的LCL型并网逆变器的控制框图，其中,G_d为采用数字控制引入的计算延和PWM调制延时，通常为1.5倍的采样周期T_s；G_inv为调制信号v_m到逆变桥输出电压v_AB的增益；Z_L1,Z_C和Z_L2分别为滤波电感L₁，滤波电容C和滤波电感L₂的阻抗。由图可知，并网电流的基准i_ref与并网电流的反馈信号i_{g_of}相减，得到的误差信号；调节器G_i根据该误差信号进行计算，并其减去电容电流反馈信号i_{C_of}，得到调制信号v_m；将该调制信号送入PWM调制器中，得到逆变桥2各开关管的控制信号，从而使得并网电流跟踪电流基准。