[发明专利]一种弱电网下并网逆变器控制器带宽设计方法

说明书

本发明公开了一种弱电网下并网逆变器控制器带宽设计方法，属于电力控制领域。该带宽设计方法包括：采样，先给出并网逆变器电流控制环开环传递函数，再求得电流控制环开环传递函数幅值，最后结合奈奎斯特稳定判据，给出弱电网下电流控制环带宽和锁相环带宽之间的制约关系，从而完成电流控制环和锁相环控制器参数设计。这种方法定量的给出了弱电网条件下电流控制环设计带宽和锁相环带宽的制约关系和取值范围，能有效解决弱电网条件下并网逆变器系统因交互作用而引发的不稳定问题。

技术领域

本发明涉及一种并网逆变器控制器带宽设计方法，尤其是一种弱电网下并网逆变器控制器带宽设计方法，属于电力控制领域。

背景技术

21世纪以来，随着风能、太阳能等多种发电形式的快速发展，越来越多的可再生能源通过电力电子接口并入大电网，电力电子并网接口系统日趋于高比例化，电网逐渐呈现极弱网特性。弱电网下并网逆变器系统的稳定性是目前含有电力电子并网接口系统稳定性研究中最受关注、最具有实际应用意义的重要问题之一。在高比例电力电子并网接口形成的极弱电网系统中，锁相环与控制系统通常会发生交互作用而引发系统不稳定。因此，如何解决弱电网下并网逆变器系统因控制环路交互作用而产生的不稳定是一个至关重要的问题。

题为《弱连接条件下并网VSC系统稳定性分析研究综述》(王旭斌，杜文娟，王海风.弱连接条件下并网VSC系统稳定性分析研究综述[J].中国电机工程学报，2018，38(06)：1593-1604+1895.)的文章从并网逆变器控制系统交互作用的角度揭示了弱电网下并网逆变器系统的失稳机理，指出弱电网下并网逆变器系统的稳定性主要与并网逆变器的控制系统相关，锁相环和功率/电压外环、电流内环之间会发生交互作用而使系统陷入不稳定，且当电网强度越小时，控制系统之间的交互作用越突出，系统也越不易稳定。

题为《Analysis of D-Q small-signal impedance of grid-tied inverters》(Wen Bo，Boroyevich D，Burgos R，et al.Analysis of D-Q small-signal impedance ofgrid-tied inverters[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2016，31(1)：675-687)的文章通过建立并网逆变器系统的阻抗小信号模型，分析了弱电网下锁相环对电流内环的动态影响，该文章认为弱电网下是由于锁相环给系统带来了负阻尼效应从而使系统失稳，并同时指出在弱电网下当锁相环和电流内环控制带宽逐渐接近时，它们之间交互作用会进一步加强，此时可以通过优化锁相环和电流内环控制参数进而改善系统在弱电网下的小信号稳定性，但并未给出具体的控制器参数设计和优化方案。

题为《柔性直流输电接入弱交流电网时锁相环和电流内环交互作用机理解析研究》(吴广禄，周孝信，王姗姗，梁军，赵兵，王铁柱，李英彪，杨艳晨.柔性直流输电接入弱交流电网时锁相环和电流内环交互作用机理解析研究[J].中国电机工程学报，2018，38(09)：2622-2633+2830.)的文章推导了考虑电网强度和锁相环影响时的并网逆变器电流内环控制传递函数表达式，从解析的角度分析了电网强度对锁相环、电流内环交互作用的影响，同时指出弱电网下锁相环带宽越小越有利于电流内环控制稳定性，但该文章仅在定性角度分析了锁相环和电流内环的交互机理并给出锁相环带宽的设计思路，而没有从定量角度具体给出一种锁相环带宽设计方法。

由以上分析可见，目前关于弱电网下并网逆变器系统的稳定性问题已受到了广泛的关注和研究，尤其是弱电网下并网逆变器系统的失稳机理及控制优化方法。部分研究已经发现弱电网下并网逆变器系统的失稳缘由主要来自于锁相环与电流内环的交互作用，并定性的给出了一些结论。如果能够从定量的角度提出一种控制器带宽设计方法，进而去解决弱电网下控制器交互作用给并网逆变器系统带来的失稳问题，这无论对于完善和丰富并网逆变器的稳定性分析理论，还是实际工程中的控制器设计应用，都将具有十分重要的意义与价值。

综上所述，现有技术中还存在着以下问题：