一種用於lcl併網逆變阻尼控制的降維觀測器的製造方法
2023-09-22 09:33:50
一種用於lcl併網逆變阻尼控制的降維觀測器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器，設置降維觀測器的電壓狀態變量；降維觀測器的電流狀態變量；以電壓、電流狀態變量為變量的觀測器的狀態空間方程；用於表示電壓、電流狀態變量的觀測誤差反饋矩陣。本發明省去了傳統控制器中電容電壓或電容電流採樣的傳感器，通過前饋觀測出電容電流進而抑制了系統諧振，提高了系統的可靠性。
【專利說明】—種用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器
【技術領域】
[0001]本發明屬於新能源發電及併網技術、數字控制技術、電力電子技術以及運動控制技術【技術領域】，尤其涉及一種用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器。
【背景技術】
[0002]間歇性發電系統，補充傳統發電方式以解決電力市場需求，其作為清潔能源發電也日趨推廣成熟。接入電網的電力電子設備增多，此類系統的發電機容量、發電廠(場)規模逐年增加。
[0003]為了提高新能源發電系統併入電網電能的質量、降低變流器型併網系統的開關次諧波含量，大容量併網LCL濾波器多用於併網側變流器中。LCL濾波器不僅適用於間歇性發電系統的併網，也適用於其他非旋轉設備的變流器型併網系統。LCL濾波器在減少併網處電流開關次諧波的同時，更是降低了濾波器的電抗總容量。但LCL濾波器也存在自身的缺點，該LCL濾波器的電氣結構使得系統具有諧振頻率點，對整個發電系統的穩定運行造成影響。為此產生了提高LCL濾波器穩定性的方法，即LCL濾波器的阻尼控制策略。
[0004]LCL併網逆變器多為三相系統，包括逆變器與LCL濾波器。LCL濾波器為系統被控對象，不考慮電網電壓故障及各元件寄生參數。若電網為強電網且開環系統輸入為逆變器電壓U2、輸出為i2,被控對象LCL濾波器本身具有諧振點。若米用基於電網電壓定向的矢量控制方式，其控制原理是在dq軸上實現的，得出LCL濾波器的諧振極點在虛軸上，屬於臨界穩定的情況。而由於坐標變換的原因在dq軸系統中諧振頻率則為f；es±50Hz。在併網變流器的控制策略中，帶dq軸電流內環、直流母線電壓外環的雙閉環構成併網LCL逆變器的矢量控制系統。
[0005]目前，在滿足單位功率因數控制前提下，如何提高系統穩定性以消除諧振極點引入的系統不穩定成為關鍵。結合dq軸控制策略，對於LCL併網結構加入阻尼項以改變系統的諧振極點位置，提高系統的穩定性。根據阻尼因子引入方式的不同，業界普遍將其分為無源阻尼控制與有源阻尼控制。從被控對象併網LCL濾波器本身的電路結構考慮，將LCL濾波器中加入阻尼電阻，改變系統硬體電路的構成以改變閉環控制系統的特性。一般在額定狀態下，電容上的電流為額定併網電流的10%以下，為降低加入電阻後額外的電能損耗，在電容支路串聯加入阻尼電阻R，有學者也給出結論:電容支路串聯電阻是損耗最低的無源阻尼控制方式。
[0006]加入無源電阻R可以提高系統的穩定性，系統在諧振頻率附近的阻尼變大，系統諧振模態被激發以致系統崩潰的可能性減小。但引入電阻R不僅會增加系統運行時的損耗，更會降低系統的可靠性(電阻熔斷將造成三相不對稱，或失去電容作用而向電網注入諧波增加，甚至會發生停機故障)，故不使用無源電阻而通過變流器控制系統諧振頻率附近阻尼的方法值得研究與討論，這種提高阻尼的方法稱為有源阻尼。
[0007]目前，有源阻尼方法為增加I型閉合迴路，引入電容電流前饋至輸入電壓處，人為製造阻尼環節以產生系統阻尼因子消除諧振。通過調節前饋比例係數Kcp以校正系統特徵根，達到有源阻尼的目的。電容電流可以通過增加電容電流傳感器採樣得到，也可以增加電網側電流傳感器再與原有變流器側電流傳感器採樣相減得到。兩種電容電流前饋的方式，分別在ABC坐標系下實現與dq坐標系下實現。由於兩種方法等價，故僅給出在dq軸下電容電流前饋，則在併網變流器的控制策略中，帶dq軸電流內環、直流母線電壓外環的雙閉環構成併網LCL逆變器的矢量控制。電流環控制器與併網LCL濾波器合成的系統狀態空間表達形式，這便是有源阻尼控制策略。其中，dq軸電流指令&與4為系統輸入，dq軸電容電壓Ucd與Uap dq軸電網側電流ild與ilq、dq軸變流器側電流i2d與i2q、dq軸電流環PI調節器狀態X2d與X2q為狀態變量。
【發明內容】
[0008]本發明實施例的目的在於提供一種用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器，旨在解決現有技術因採用電容電壓或電容電流採樣的傳感器，無法避免地引入採樣通道的高次諧波，對控制過程帶來幹擾並導致系統不穩定等問題。
[0009]本發明實施例是這樣實現的，一種用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器，該用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器包括:用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器包括:降維觀測器的電壓狀態變量；降維觀測器的電流狀態變量；以電壓、電流狀態變量為變量的觀測器的狀態空間方程；用於表示電壓、電流狀態變量的觀測誤差反饋矩陣。
[0010]進一步，該用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器的電壓狀態變量包括dq軸電容電壓Ucd與％，降維觀測器的電流狀態變量包括dq軸電網側電流ild與ilq以及dq軸變流器側電流i2d與i2q為系統狀態變量，而其中變流器側電流i2d與i2q可由變流器側電流傳感器直接獲得，實現了在dq軸上的狀態觀測器。
[0011]進一步，實現在dq軸上的狀態觀測器具體的方法為:
[0012]首先分析單相系統的情況；併網LCL濾波器的單相系統微分方程式可整理為:
[0013]
【權利要求】
1.一種用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器，其特徵在於，該用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器包括:用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器包括:降維觀測器的電壓狀態變量；降維觀測器的電流狀態變量；以電壓、電流狀態變量為變量的觀測器的狀態空間方程；用於表示電壓、電流狀態變量的觀測誤差反饋矩陣。
2.如權利要求1所述的用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器，其特徵在於，該用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器的電壓狀態變量包括dq軸電容電壓uM與U。,，降維觀測器的電流狀態變量包括dq軸電網側電流ild與ilq以及dq軸變流器側電流i2d與i2q為系統狀態變量，而其中變流器側電流i2d與i2q可由變流器側電流傳感器直接獲得，實現了在dq軸上的狀態觀測器。
3.如權利要求2所述的用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器，其特徵在於，實現在dq軸上的狀態觀測器具體的方法為: 首先分析單相系統的情況；併網LCL濾波器的單相系統微分方程式可整理為:
4.如權利要求1所述的用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器，其特徵在於，用於併網逆變的降維觀測器，在具體參數設計前應判斷系統可觀測性；由LCL濾波器系統狀態空間描述分析可知，系統狀態矩陣為:
5.如權利要求3所述的用於LCL併網逆變阻尼控制的降維觀測器，其特徵在於，被控對象併網LCL濾波器的輸入量u2d、U2q的表達式為:
【文檔編號】H02J3/01GK104022511SQ201410229180
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】李隆基, 劉寶成, 唐慶華, 郗曉光, 滿玉巖, 張弛, 王浩鳴, 李維博, 李琳 申請人:國家電網公司, 國網天津市電力公司