[发明专利]弱电网下基于阻抗自适应的电压前馈滞后补偿控制方法

说明书

本发明公开了一种弱电网下基于电网阻抗自适应的电网电压前馈滞后补偿控制方法。本发明针对弱电网情况下采用传统电网电压直接前馈控制导致的并网逆变器稳定性问题，通过辨识电网阻抗的大小，实现基于电网阻抗自适应的电网电压前馈滞后补偿控制，即：当电网阻抗较大时在电网电压前馈通道上添加截止频率较低的低通滤波器，而当电网阻抗较小时在电网电压前馈通道上添加截止频率较高的低通滤波器。本发明不仅保留了传统电网电压前馈控制抑制电网背景谐波的能力，而且大幅增加了并网逆变器在电网阻抗大幅变化情况下的稳定性，改善了并网逆变器的并网电流质量。

技术领域

本发明涉及并网逆变器系统的控制方法，尤其是涉及一种弱电网下基于阻抗自适应的电压前馈滞后补偿控制方法。

背景技术

三相并网逆变器作为一种功率变换装置，在连接风力发电、光伏等分布式电源与交流电网的过程中，发挥着越来越关键的作用。考虑到可再生能源空间分布特点与成本等因素，这些分布式电源大多处在沙漠、海岛等偏远地区，由于长输电线路以及变压器的影响，电网呈现出高阻抗的弱电网特性。在这种情况下，逆变器与电网之间会形成一个动态的互联系统，造成逆变器控制系统带宽下降，并影响其控制稳定性。另外，电网中非线性负荷会导致实际电网电压中存在大量低次的背景谐波，这种畸变的电网电压对于逆变器来说是一种实时扰动，而通过传统电网电压比例前馈控制可以有效补偿电网背景谐波导致的电流谐波，增强并网变流器的抗扰能力，并减小了逆变器启动时的电流冲击。

然而，弱电网条件下若采用传统电网电压前馈控制会对并网系统的稳定性造成严重影响。目前，有学术论文对此做了深入的理论分析，并提出了相应的方案来解决此类问题，但是均存在一些缺陷。例如：

1)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》，该文指出弱电网下电网电压比例前馈会形成正反馈通道，大幅降低并网逆变器的稳定裕度，甚至导致系统不稳定，该文提出一种基于电网阻抗测量的自适应电流控制方法。但是，该方法依赖于准确的电网阻抗值，导致算法比较复杂，此外所提稳定补偿方案含有微分环节，在工程应用中会面临噪声干扰的问题。

2)徐飞、汤雨和谷伟发表于2016年9年20日《中国电机工程学报》第36卷18期上的《弱电网条件下LCL型并网逆变器谐振前馈控制策略研究》，该文提出了利用二阶广义积分器实现带通滤波特性的改进前馈控制方法，以提高弱电网下系统的稳定性，然而，该方法会大幅增加并网逆变器电流指令阶跃等动态过程中的超调量，恶化了并网系统的动态性能。

3)钱强、谢少军和季林等发表于2016年11月20日《中国电机工程学报》第36卷第22期上的《一种提升逆变器对电网适应能力的电流控制策略》，该文通过降低电网电压的前馈增益以提高并网逆变器的稳定裕度，在一定程度上改善了并网逆变器的稳定性，但是，该方法会使并网逆变器基波增益大幅降低，不利于电流基波指令的跟踪，增加了并网电流反馈值和指令值之间的稳态误差；并且，该方案同时会降低并网逆变器的动态性能，不适用于动态性能要求高的场合。

综上所述，针对弱电网情况下采用传统电网电压直接前馈控制造成并网逆变器稳定性大幅降低的问题，现有技术存在以下问题：

(1)现有基于电网阻抗测量的自适应电流控制方法依赖于准确的电网阻抗值，导致算法比较复杂，并且由于稳定补偿方案含有微分环节，在工程应用中会面临噪声干扰的问题；

(2)现有利用二阶广义积分器实现带通滤波特性的改进前馈控制方法会大幅增加并网逆变器电流指令阶跃等动态过程中的超调量，恶化了并网系统的动态性能；

(3)现有通过降低电网电压前馈增益的方法会使并网逆变器基波增益大幅降低，不利于电流基波指令的跟踪，增加了并网电流反馈值和指令值之间的稳态误差，并降低了并网逆变器的动态性能，不适用于动态性能要求高的场合；