[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

说明书

技术领域

本发明涉及并网逆变器系统的控制方法，尤其是涉及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。

背景技术

由于线路阻抗、并网机组数量、负载以及并网逆变器系统运行方式等因素的变化，电网存在一定大小并且变化的阻抗。过大的电网阻抗会造成并网逆变器控制系统的带宽下降，并导致并网逆变器系统稳定性降低。因此，在电网阻抗变化条件下，传统逆变器电流源控制的并网模式受到严重挑战。

针对存在阻抗的电网，即弱电网情况下的并网逆变器控制方法，有文献提出根据电网阻抗的大小自适应调整控制环路参数、增加虚拟阻抗等方法，来保证逆变器有足够的控制带宽和稳定裕度。例如：

1)杨东升、阮新波和吴恒发表于2014年5月25日《中国电机工程学报》第34卷第15期上的《提高LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的虚拟阻抗方法》，通过增加逆变器虚拟阻抗的方法来提升并网逆变器对弱电网的适应能力；

2)许津铭、谢少军和唐婷发表于2014年8月25日《中国电机工程学报》第34卷第24期上的《弱电网下LCL滤波并网逆变器自适应电流控制》，该文针对弱电网下电网电压比例前馈会大幅降低LCL型并网逆变器的稳定裕度，甚至不稳定的问题，提出了基于电网阻抗检测调整前馈补偿的电压，并修改调节器的参数来提高逆变器控制的电网适应性的方法；

3)吴恒、阮新波和杨东升发表于2014年10月25日《中国电机工程学报》第34卷第30期上的《弱电网条件下锁相环对LCL型并网逆变器稳定性的影响研究及锁相环参数设计》，该文根据相角裕度要求对锁相环的参数进行设计，改变了锁相环的带宽，增强了逆变器在电流源模式下对不同电网阻抗的适应性；

4)中国专利文献CN103545838A于2014年1月29日公开了《一种适用于弱电网接入条件下的并网逆变器混合阻尼自适应控制方法》。该发明通过实时测量电网阻抗，自动选取优化控制回路参数和有源阻尼系数，保证逆变器在弱电网情况下仍有足够的控制带宽与相角裕度。

但是，这类方法存在这样的不足：针对弱电网情况，这类方法所采用的逆变器控制均为电流源并网模式，并未考虑当电网阻抗相当大，即电网相当弱的时候，逆变器如果采用电流源并网模式会造成并网逆变器系统的稳定裕度和控制带宽显著降低，此时逆变器就无法正常稳定运行。

为此，题为“ControlofVariablePitch,VariableSpeedWindTurbineinWeakGridSystems”,XiboYuan,JianyunChai,YongdongLi,2010IEEEEnergyConversionCongressandExposition(ECCE),pp.3778-3785,12-16Sept.2010.(“风机在弱电网系统下的变桨、变速控制”，2010年9月12日-16日召开的IEEE能源转换会议和博览会收录，第3778-3785页)的文章中提出在弱电网条件下，逆变器可以直接采用基于下垂控制的电压源并网控制模式，以实现逆变器并网的稳定控制。这篇文章考虑了直接在弱电网情况下采用输出阻抗更低的电压源模式下，可以使逆变器更好地适应电网阻抗较大的弱电网，但是，逆变器采用单一的电压源模式仍有一些不足：考虑到弱电网情况下的电网阻抗是变化的，尤其是电网由弱变强时，即电网阻抗由较高的值变化到相对较小的值时，逆变器如果仍采用基于下垂控制的电压源并网模式，其输出功率就会随电网频率的变化而波动，甚至可能发生振荡。

综上所述，当电网阻抗较小时，逆变器可采用传统的电流源并网模式，而当电网由强变弱，即电网阻抗较大时，逆变器可由电流源模式切换到电压源模式，并且，当电网由弱变强，即电网阻抗较小时，逆变器可由电压源模式切换到电流源模式，使得逆变器可以在更宽的电网阻抗变化范围内稳定运行。并且，在逆变器不进行模式切换时，即逆变器运行在单一的电压源或者电流源模式时，根据电网阻抗自适应调整前馈补偿的电压或逆变器的控制器参数，进一步提高逆变器的电网阻抗适应性。

目前，针对逆变器电压源和电流源模式相互切换的技术，既有学术论文对此做了深入的理论分析，也有实际应用的工程方法，例如：