一种LCL型并网逆变器的自抗扰控制方法及装置

技术领域

本发明属于并网逆变器控制技术领域，具体涉及一种LCL型并网逆变器的自抗扰控制方法及装置。

背景技术

逆变器是新能源发电的重要组成部分，新能源发电装置与电力系统间能量转换的一个接口。在模型精确、被控对象所有信息已知的情况下，传统的诸多控制方法均可以实现很好的控制效果。然而在并网逆变器的实际运行中往往存在着许多扰动，这些扰动会恶化系统的控制效果。根据扰动的来源可以将扰动分为内部扰动和外部扰动。这些扰动并未在逆变器的数学模型中体现，所以它们的存在必然会导致所建立的模型具有一定的不确定性。当实际对象与设计控制算法时所依据的模型有出入时，控制效果将不会达到理想效果，严重时甚至会威胁到逆变器系统的稳定性。

LCL型滤波器由于具有体积小、成本低和高频衰减性好的优势，广泛应用在中、大功率并网逆变器中。LCL型并网逆变器系统谐振频率处产生的谐振尖峰会造成控制系统的不稳定，严重影响并网电流的质量以及系统的稳定性，需要引入阻尼来实现对谐振的抑制。较为常用的无源阻尼方法有滤波电容串联电阻，虽然损耗相对较小，但会削弱LCL滤波器的高频衰减能力；有源阻尼策略通过反馈合适的状态变量，从控制的角度来模拟出一个虚拟电阻，来获得和加入实际电阻产生等效的阻尼效果，且不影响损耗，但会增加硬件成本。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种LCL型并网逆变器的自抗扰控制方法及装置，可以在不依赖控制系统精确模型的情况下，有效抑制LCL型并网逆变器的固有谐振，并且具有足够的抗扰能力来应对控制系统当中的各种扰动。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种LCL型并网逆变器的自抗扰控制方法，包括：采集LCL型并网逆变器交流侧电压及电流；根据LCL型并网逆变器交流侧电压获得并网逆变器交流侧初始相位角；根据LCL型并网逆变器交流侧初始相位角，将LCL型并网逆变器交流侧电流转换成dq坐标系下的d轴电流分量i

进一步地，所述线性自抗扰控制器，包括：线性扩张状态观测器，用于实时跟踪输入信号，并观测出总扰动；线性误差反馈控制器，用于采用比例微分控制器来控制总扰动，得到总扰动补偿值；扰动补偿单元，用于将输出的总扰动补偿值实时补偿到LCL型并网逆变器中，将被控对象重构为积分串联型。

进一步地，基于LADRC设计理论，可得LCL型并网逆变器的状态方程为：

其中，b

进一步地，将总扰动的d轴分量f

其中，x

进一步地，四阶的所述线性扩张状态观测器为：

其中，z

进一步地，将系统的极点全部配置在w

s

可得线性扩张状态观测器增益系数矩阵

进一步地，构建线性误差反馈控制器，包括：

其中：u

其中，z

其中，w

进一步地，将基于线性自抗扰控制的LCL型并网逆变器系统等效为积分串联型系统，获得LCL型并网逆变器的三阶LADRC的状态空间表达式为：

进一步地，dq坐标系下的q轴电流控制过程与d轴电流控制过程相同。

第二方面，提供一种LCL型并网逆变器的自抗扰控制装置，包括：采集模块，用于采集LCL型并网逆变器交流侧电压及电流；锁相环模块，用于根据LCL型并网逆变器交流侧电压获得并网逆变器交流侧初始相位角；坐标变换模块，用于根据LCL型并网逆变器交流侧初始相位角，将LCL型并网逆变器交流侧电流转换成dq坐标系下的d轴电流分量i

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明通过将dq坐标系下的d轴电流分量i

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种LCL型并网逆变器的自抗扰控制原理框图；

图2是本发明实施例中的(d轴)三阶线性自抗扰控制原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1、图2所示，一种LCL型并网逆变器的自抗扰控制方法，包括：采集LCL型并网逆变器交流侧电压及电流；根据LCL型并网逆变器交流侧电压获得并网逆变器交流侧初始相位角；根据LCL型并网逆变器交流侧初始相位角，将LCL型并网逆变器交流侧电流转换成dq坐标系下的d轴电流分量i

本发明针对在LCL型逆变器实际运行中，滤波参数可能会因为环境、时间以及工况等不确定性情况而变化，造成实际模型和标准模型失配的问题，并考虑会存在未知的外部扰动，设计了一种LCL型并网逆变器的自抗扰控制方法。

本发明包括并网逆变器模块(逆变器的交流侧经滤波电感L1、滤波电容C及滤波电感L2接入交流电网，直流侧经直流电容连接至分布式发电系统)、坐标变换模块、线性自抗扰控制器LADRC及SVPWM调制模块；

上述的LCL型并网逆变器的自抗扰控制方法，具体包括以下步骤：

采集模块中的交流电压采集单元将采集到的交流侧电压Ug输入锁相环模块；

锁相环模块输出初始相位角θ，并分别输入至坐标变换模块和反坐标变换模块；

坐标变换模块将采集的交流电流i

交流电流的dq轴分量i

调制电压参考值u

上述的LCL型并网逆变器的自抗扰控制方法中，线性自抗扰控制器，包括：线性扩张状态观测器，用于实时跟踪输入信号，并观测出总扰动；线性误差反馈控制器，用于采用比例微分控制器来控制总扰动，得到总扰动补偿值；扰动补偿单元，用于将输出的总扰动补偿值实时补偿到LCL型并网逆变器中，将被控对象重构为积分串联型。

基于LADRC设计理论，可得LCL型并网逆变器的状态方程为：

其中，b

由于d轴、q轴的微分方程结构相同，逆变器d轴电流、q轴电流的自抗扰控制器的设计过程相似，在后文中仅说明d轴电流控制，如图2所示。

将总扰动的d轴分量f

其中，x

LCL并网系统是三阶的被控对象，是一个扩张的新状态，是系统扰动的总和。可建立四阶的线性扩张状态观测器为：

其中，z

选择合适的线性扩张状态观测器增益系数矩阵使得(ALC)矩阵稳定，误差z

将系统的极点全部配置在w

s

可得线性扩张状态观测器增益系数矩阵

线性状态观测器将总扰动实时的观测出来，然后设计线性误差反馈控制器进行控制：

其中：u

接下来对线性误差反馈控制器进行控制输出进行扰动补偿来消除总扰动，得到线性误差反馈控制器输出电压信号d轴分量u

其中，z

采用极点配置法对线性误差反馈控制器进行归一化处理：

其中，w

实现对总扰动的实时跟踪，那么基于线性自抗扰控制的LCL型并网逆变器系统可以等效为积分串联型系统。

可获得LCL型并网逆变器的三阶LADRC的状态空间表达式为：

将交流电流的dq轴分量i

将获得的状态变量经过线性误差反馈控制得到u

将获得的电压参考值后经PWM模块产生驱动信号并输入到并网逆变器控制端，实现对LCL型并网逆变器的控制。

本发明根据自抗扰控制理论，提出了LCL型并网逆变器电流环自抗扰控制策略，解决LCL型并网逆变器并网电流控制中的时变扰动以及dq坐标系下的系统耦合问题。LCL型逆变器系统输出交流电流的dq轴分量i

本发明将LCL滤波器谐振扰动、电网电压扰动以及其他扰动统一视为总扰动，在抑制谐振现象的同时，具有较好的解耦性能和参数鲁棒性。线性自抗扰控制在不依赖控制系统精确模型的情况下，能够有效的抑制LCL型并网逆变器的固有谐振，并且具有足够的抗扰能力来应对控制系统当中的各种扰动。

实施例二：

基于实施例一所述的一种LCL型并网逆变器的自抗扰控制方法，本实施例提供一种LCL型并网逆变器的自抗扰控制装置，包括：

采集模块，用于采集LCL型并网逆变器交流侧电压及电流；

锁相环模块，用于根据LCL型并网逆变器交流侧电压获得并网逆变器交流侧初始相位角；

坐标变换模块，用于根据LCL型并网逆变器交流侧初始相位角，将LCL型并网逆变器交流侧电流转换成dq坐标系下的d轴电流分量i

线性自抗扰控制器，用于根据输入线性自抗扰控制器的dq坐标系下的d轴电流分量i

反坐标变换模块，用于根据LCL型并网逆变器交流侧初始相位角和输出电压参考值，获得调制电压信号；

PWM调制模块，用于对调制电压信号进行调制，转化为驱动信号后输入至LCL型并网逆变器控制端，实现对LCL型并网逆变器的自抗扰控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。