[发明专利]一种并网变流器鲁棒锁相系统及方法

说明书

本发明公开一种并网变流器鲁棒锁相系统，包括电流前馈模块、第一减法器、第二减法器、相位补偿模块和锁相环模块。本发明还公开一种并网变流器鲁棒锁相方法，步骤是：步骤1，从电网电压采样信号中减去电网电流经过一阶微分环节的输出信号，得到电压校正信号；步骤2，基波频率电网电流幅值基准信号经过相位补偿环节产生相位补偿角信号，期望的功率因数角信号同所述相位补偿角信号做差产生功率因数角校正信号；将电压校正信号、功率因数角校正信号以及基波频率电网电流幅值基准信号送入锁相环模块，产生与电网电压同步的输出信号。此种技术方案具有对大范围变化电网阻抗的强适应性、电网电流质量优良、结构简单、设计方便的优点。

技术领域

本发明属于并网变流器(包括逆变器、整流器、无功补偿器等)的电流控制领域，特别涉及一种强鲁棒性的并网变流器锁相即电网电压同步方法。

背景技术

随着新能源分布式并网发电的蓬勃发展，并网变流器作为其关键部分获得了广泛的关注。而采用脉宽调制技术的变流器产生大量的开关频率次谐波。在变流器与电网之间接入滤波器可以有效地抑制谐波。常用的滤波器包括L以及LCL滤波器。为实现较高的并网功率因数以及较低的网侧电流谐波失真，已有学者提出了大量的并网变流器控制方法。但是，现有的较为成熟的控制方法包括比例谐振控制、谐波谐振控制、有源阻尼控制、电网电压前馈补偿等均仅考虑了理想电网。实际电网(确切地说，公共耦合点(point of commoncoupling，PCC))存在的不确定性因素会恶化系统性能，甚至导致不稳定。一方面，PCC处电网电压中存在丰富的低频谐波成分；另一方面，考虑到较长的输配电线路、较多的隔离变压器、大量的分布式发电设备挂接于PCC等因素，PPC处电网存在一定的阻抗且在较低频率范围一般呈现感性。

在弱电网下，由电网阻抗导致的系统带宽降低、等效滤波器谐振频率降低等可能导致谐波谐振控制以及有源阻尼控制失效。此外，电网电压(确切地说，PCC电压)前馈补偿会导致电网电流出现更为严重的谐波失真甚至出现不稳定而触发并网变流器保护。为解决上述系统不稳定现象，有学者提出了一些改进的谐波谐振控制、带延迟补偿的有源阻尼控制、基于电网阻抗离线测量的陷波滤波器有源阻尼以及基于电网阻抗在线测量的电压前馈补偿等。但是，若电网阻抗进一步增大，变流器系统可能发生更低频率附近(接近100Hz甚至下探到基波频率附近)的谐波放大甚至谐振。而在该频率附近，并网变流器控制系统中的锁相环节的影响较为显著，不恰当的锁相环节是造成变流器发生低频振荡的原因之一。然而，目前为止仍鲜有见到具有弱电网下强鲁棒性的并网变流器锁相方法。

因此，在并网变流器电流控制领域，为解决电网阻抗大范围变化下系统稳定性较差的问题，需要研究一种兼顾稳定性与电流质量、结构简单且实现方便的并网变流器锁相即电网电压同步方法。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种并网变流器鲁棒锁相系统及方法，其具有对大范围变化电网阻抗的强适应性、电网电流质量优良、结构简单、设计方便的优点，适用于单相并网逆变器、整流器、无功补偿器等并网变流设备中的电网电压同步控制及电网电流控制。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种并网变流器鲁棒锁相系统，包括电流前馈模块、第一减法器、第二减法器、相位补偿模块和锁相环模块，其中，电流前馈模块的输入端用于连接电网电流采样信号i_{g_sample}，而电流前馈模块的输出端连接第一减法器的负输入端，第一减法器的正输入端连接电网电压采样信号u_{g_sample}，第一减法器将二者相减，输出电压校正信号u_{g_PLL}；相位补偿模块的输入端连接基波频率电网电流幅值基准信号I_ref，而相位补偿模块的输出信号接入第二减法器的负输入端，而第二减法器的正输入端连接期望的功率因数角信号第二减法器的输出端连接锁相环模块的第一个输入端，锁相环模块的第二个输入端连接基波频率电网电流幅值基准信号I_ref，锁相环模块的第三个输入端连接电压校正信号u_{g_PLL}，锁相环模块输出与电网电压同步的输出信号i_ref，即基波频率进网电流瞬时基准信号。