[发明专利]基于电网阻抗自适应的LC型并网逆变器双模式控制方法

权利要求书

1.一种基于电网阻抗自适应的LC型并网逆变器双模式控制方法，本控制方法涉及的LC型并网逆变器的拓扑结构包括直流侧滤波电容C_dc、单相全桥逆变电路、LC滤波器，直流侧滤波电容C_dc的两端分别与单相全桥逆变电路的两个输入端相连，单相全桥逆变电路的输出端与LC滤波器的输入端对应相连，LC滤波器的输出端通过公共耦合点PCC与带有电网阻抗Z_g的单相电网相连，其特征在于，本控制方法的主要步骤如下：

步骤1，初始模式和切换边界值的设置；

设置逆变器运行的初始模式为电流源模式；

设置并网逆变器电流源模式向电压源模式切换的电网阻抗边界值为Z_gmax，电压源模式向电流源模式切换的电网阻抗边界值为Z_gmin，其表达式分别为：

Z_gmax＝Z_g0+δ·Z_g0

Z_gmin＝Z_g0-δ·Z_g0

其中，Z_g0为逆变器在电流源模式下保持稳定运行并具有30°相位裕度的最大电网阻抗；δ为滞环系数，其数值控制在1％≤δ≤5％；

步骤2，逆变器运行在电流源模式后，启动电网阻抗辨识算法，得到电网阻抗Z_g；

步骤3，判断条件Z_g＜Z_gmax是否满足；若是，则返回步骤2，否则转入步骤4；

步骤4，逆变器由电流源模式向电压源模式切换；

步骤5，通过步骤4切换的逆变器运行在电压源模式后，启动电网阻抗辨识算法，得到电网阻抗Z_g；

步骤6，判断条件Z_g＞Z_gmin是否满足，若是，则返回步骤5，否则转入步骤7；

步骤7，逆变器由电压源模式向电流源模式切换；

步骤8，通过步骤7切换的逆变器运行在电流源模式后，返回步骤2继续运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于电网阻抗自适应的LC型并网逆变器双模式控制方法，其特征在于，所述步骤4中逆变器由电流源模式向电压源模式切换的主要步骤如下：

步骤41，先采集桥臂侧电感电流i_L以及滤波电容电压u_C，将滤波电容电压u_C经过基于二阶广义积分器的软件锁相环SOGI-SPLL锁相得到并网点电压相角θ和并网点电压幅值U_s；再利用二阶广义积分器SOGI分别将桥臂侧电感电流i_L和滤波电容电压u_C转化为两相静止垂直坐标系αβ下的分量i_Lα2,i_Lβ2和u_Cα,u_Cβ；最后经过αβ/dq坐标变换将两相静止垂直坐标系αβ下的分量i_Lα2,i_Lβ2和u_Cα,u_Cβ变换到两相同步旋转坐标系dq下，得到桥臂侧电感电流dq分量i_Ld2,i_Lq2和滤波电容电压dq分量u_Cd,u_Cq；

步骤42，根据步骤41得到的桥臂侧电感电流dq分量i_Ld2,i_Lq2和滤波电容电压dq分量u_Cd,u_Cq，经过有功功率计算方程和无功功率计算方程分别得到平均有功功率和平均无功功率有功功率计算方程和无功功率计算方程式分别为

P‾=1.5τs+1(uCdiLd2+uCqiLq2)]]>

Q‾=1.5τs+1(uCqiLd2-uCdiLq2)]]>

式中的τ为一阶低通滤波器时间常数，s为拉普拉斯算子；

步骤43，根据步骤42得到的逆变器输出平均有功功率经有功功率-频率下垂控制方程得到逆变器的输出角频率ω，输出角频率ω经过积分得到逆变器的输出相角θ₀；其中有功功率-频率下垂控制方程为

ω=ω*+m(P*-P‾)]]>

式中的ω^*为逆变器在给定有功功率指令P^*时所对应的额定角频率，m为有功下垂系数；

步骤44，根据步骤41得到的并网点电压相角θ，以及步骤43得到的逆变器的输出相角θ₀，由相位同步算法方程获得相位同步信号Δω，并将相位同步信号Δω叠加到逆变器的输出角频率ω上；相位同步算法方程为

Δω=Kωs(θ-θ0)]]>

式中的K_ω为相位同步算法方程的相位积分系数，s为拉普拉斯算子；

步骤45，根据步骤42得到的逆变器输出平均无功功率经无功功率-幅值下垂控制方程得到逆变器的滤波电容电压dq分量基准值无功功率-幅值下垂控制方程为

uCd*=u*+n(Q*-Q‾)]]>

uCq*=0]]>

式中的u^*为逆变器在给定无功功率指令Q^*时所对应的额定输出电压，n为无功下垂系数；

步骤46，根据步骤41得到的并网点电压幅值U_s，以及步骤45得到的逆变器的滤波电容电压dq分量基准值由幅值同步算法方程获得幅值同步信号ΔU，并将幅值同步信号ΔU叠加到滤波电容电压dq分量基准值上；幅值同步算法方程为

ΔU=KUs(Us-uCd*)]]>

式中的K_U为幅值同步算法方程的幅值积分系数，s为拉普拉斯算子；

步骤47，先根据步骤44完成并网点电压相角θ与逆变器的输出相角θ₀的相位同步，再根据步骤46完成并网点电压幅值U_s与滤波电容电压dq分量基准值的幅值同步，完成电流源模式向电压源模式的软切换。

3.根据权利要求1所述的一种基于电网阻抗自适应的LC型并网逆变器双模式控制方法，其特征在于，所述步骤7中逆变器由电压源模式向电流源模式切换的主要步骤如下；

步骤71，采集直流侧滤波电容C_dc上的电压V_dc；

步骤72，根据步骤71得到的直流侧滤波电容C_dc上的电压V_dc，经直流电压控制方程得到电感电流指令信号直流电压控制方程式为

iLd1*=(Kp1+Ki1/s)·(Vdc*-Vdc)]]>

iLq1*=0]]>

式中的K_p1为比例控制系数，K_i1为积分控制系数，为逆变器给定的直流侧滤波电容电压指令，s为拉普拉斯算子；

步骤73，将步骤72得到的电感电流指令信号作为执行控制变量；

步骤74，先采集滤波电容电压u_C，再利用二阶广义积分器SOGI将滤波电容电压u_C转化为两相静止垂直坐标系αβ下的分量u_Cα,u_Cβ，最后经过αβ/dq坐标变换将两相静止垂直坐标系αβ下的分量u_Cα,u_Cβ变换到两相同步旋转坐标系dq下求得滤波电容电压dq分量u_Cd和u_Cq；

步骤75，先根据步骤74得到的滤波电容电压dq分量u_Cd和u_Cq，再设置滤波电容电压dq分量基准值和滤波电容电压dq分量u_Cd相等，设置滤波电容电压dq分量基准值和滤波电容电压dq分量u_Cq相等，得到滤波电容电压控制方程的dq分量输出值和并将和作为映射控制变量，即：

U‾Cd=(Kp2+Ki2/s)·(uCd*-uCd)]]>

U‾Cq=(Kp2+Ki2/s)·(uCq*-uCq)]]>

式中的K_p2为比例控制系数，K_i2为积分控制系数，s为拉普拉斯算子，并且uCd*=uCd,uCq*=uCq;]]>

步骤76，先根据步骤73得到的执行控制变量和以及步骤75得到的映射控制变量和再经数值缓起控制方程完成映射控制变量至执行控制变量的过渡，至执行控制变量的过渡；数值缓起控制方程为

ILd1*=U‾Cd+∫0TΔUCddt]]>

ILq1*=U‾Cq+∫0TΔUCqdt]]>

式中的T为映射控制变量和分别至执行控制变量和的缓起时间，ΔU_Cd和ΔU_Cq分别为数值缓起控制给定的步长值，且当映射控制变量和在数值上分别等于执行控制变量和时，数值缓起结束，完成电压源模式向电流源模式的软切换。