一種用于lcl并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器，設(shè)置降維觀測器的電壓狀態(tài)變量；降維觀測器的電流狀態(tài)變量；以電壓、電流狀態(tài)變量為變量的觀測器的狀態(tài)空間方程；用于表示電壓、電流狀態(tài)變量的觀測誤差反饋矩陣。本發(fā)明省去了傳統(tǒng)控制器中電容電壓或電容電流采樣的傳感器，通過前饋觀測出電容電流進(jìn)而抑制了系統(tǒng)諧振，提高了系統(tǒng)的可靠性。
【專利說明】—種用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、電力電子技術(shù)以及運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器。
【背景技術(shù)】
[0002]間歇性發(fā)電系統(tǒng)，補(bǔ)充傳統(tǒng)發(fā)電方式以解決電力市場需求，其作為清潔能源發(fā)電也日趨推廣成熟。接入電網(wǎng)的電力電子設(shè)備增多，此類系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)容量、發(fā)電廠(場)規(guī)模逐年增加。
[0003]為了提高新能源發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)電能的質(zhì)量、降低變流器型并網(wǎng)系統(tǒng)的開關(guān)次諧波含量，大容量并網(wǎng)LCL濾波器多用于并網(wǎng)側(cè)變流器中。LCL濾波器不僅適用于間歇性發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)，也適用于其他非旋轉(zhuǎn)設(shè)備的變流器型并網(wǎng)系統(tǒng)。LCL濾波器在減少并網(wǎng)處電流開關(guān)次諧波的同時(shí)，更是降低了濾波器的電抗總?cè)萘?。但LCL濾波器也存在自身的缺點(diǎn)，該LCL濾波器的電氣結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)具有諧振頻率點(diǎn)，對整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。為此產(chǎn)生了提高LCL濾波器穩(wěn)定性的方法，即LCL濾波器的阻尼控制策略。
[0004]LCL并網(wǎng)逆變器多為三相系統(tǒng)，包括逆變器與LCL濾波器。LCL濾波器為系統(tǒng)被控對象，不考慮電網(wǎng)電壓故障及各元件寄生參數(shù)。若電網(wǎng)為強(qiáng)電網(wǎng)且開環(huán)系統(tǒng)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(diǎn)。若米用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制方式，其控制原理是在dq軸上實(shí)現(xiàn)的，得出LCL濾波器的諧振極點(diǎn)在虛軸上，屬于臨界穩(wěn)定的情況。而由于坐標(biāo)變換的原因在dq軸系統(tǒng)中諧振頻率則為f；es±50Hz。在并網(wǎng)變流器的控制策略中，帶dq軸電流內(nèi)環(huán)、直流母線電壓外環(huán)的雙閉環(huán)構(gòu)成并網(wǎng)LCL逆變器的矢量控制系統(tǒng)。
[0005]目前，在滿足單位功率因數(shù)控制前提下，如何提高系統(tǒng)穩(wěn)定性以消除諧振極點(diǎn)引入的系統(tǒng)不穩(wěn)定成為關(guān)鍵。結(jié)合dq軸控制策略，對于LCL并網(wǎng)結(jié)構(gòu)加入阻尼項(xiàng)以改變系統(tǒng)的諧振極點(diǎn)位置，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)阻尼因子引入方式的不同，業(yè)界普遍將其分為無源阻尼控制與有源阻尼控制。從被控對象并網(wǎng)LCL濾波器本身的電路結(jié)構(gòu)考慮，將LCL濾波器中加入阻尼電阻，改變系統(tǒng)硬件電路的構(gòu)成以改變閉環(huán)控制系統(tǒng)的特性。一般在額定狀態(tài)下，電容上的電流為額定并網(wǎng)電流的10%以下，為降低加入電阻后額外的電能損耗，在電容支路串聯(lián)加入阻尼電阻R，有學(xué)者也給出結(jié)論:電容支路串聯(lián)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(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)在諧振頻率附近的阻尼變大，系統(tǒng)諧振模態(tài)被激發(fā)以致系統(tǒng)崩潰的可能性減小。但引入電阻R不僅會增加系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的損耗，更會降低系統(tǒng)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(wǎng)注入諧波增加，甚至?xí)l(fā)生停機(jī)故障)，故不使用無源電阻而通過變流器控制系統(tǒng)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型閉合回路，引入電容電流前饋至輸入電壓處，人為制造阻尼環(huán)節(jié)以產(chǎn)生系統(tǒng)阻尼因子消除諧振。通過調(diào)節(jié)前饋比例系數(shù)Kcp以校正系統(tǒng)特征根，達(dá)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采樣得到，也可以增加電網(wǎng)側(cè)電流傳感器再與原有變流器側(cè)電流傳感器采樣相減得到。兩種電容電流前饋的方式，分別在ABC坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)與dq坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)。由于兩種方法等價(jià)，故僅給出在dq軸下電容電流前饋，則在并網(wǎng)變流器的控制策略中，帶dq軸電流內(nèi)環(huán)、直流母線電壓外環(huán)的雙閉環(huán)構(gòu)成并網(wǎng)LCL逆變器的矢量控制。電流環(huán)控制器與并網(wǎng)LCL濾波器合成的系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)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(tǒng)輸入，dq軸電容電壓Ucd與Uap dq軸電網(wǎng)側(cè)電流ild與ilq、dq軸變流器側(cè)電流i2d與i2q、dq軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器狀態(tài)X2d與X2q為狀態(tài)變量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)因采用電容電壓或電容電流采樣的傳感器，無法避免地引入采樣通道的高次諧波，對控制過程帶來干擾并導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題。
[0009]本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器，該用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器包括:用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器包括:降維觀測器的電壓狀態(tài)變量；降維觀測器的電流狀態(tài)變量；以電壓、電流狀態(tài)變量為變量的觀測器的狀態(tài)空間方程；用于表示電壓、電流狀態(tài)變量的觀測誤差反饋矩陣。
[0010]進(jìn)一步，該用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器的電壓狀態(tài)變量包括dq軸電容電壓Ucd與％，降維觀測器的電流狀態(tài)變量包括dq軸電網(wǎng)側(cè)電流ild與ilq以及dq軸變流器側(cè)電流i2d與i2q為系統(tǒng)狀態(tài)變量，而其中變流器側(cè)電流i2d與i2q可由變流器側(cè)電流傳感器直接獲得，實(shí)現(xiàn)了在dq軸上的狀態(tài)觀測器。
[0011]進(jìn)一步，實(shí)現(xiàn)在dq軸上的狀態(tài)觀測器具體的方法為:
[0012]首先分析單相系統(tǒng)的情況；并網(wǎng)LCL濾波器的單相系統(tǒng)微分方程式可整理為:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器，其特征在于，該用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器包括:用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器包括:降維觀測器的電壓狀態(tài)變量；降維觀測器的電流狀態(tài)變量；以電壓、電流狀態(tài)變量為變量的觀測器的狀態(tài)空間方程；用于表示電壓、電流狀態(tài)變量的觀測誤差反饋矩陣。
2.如權(quán)利要求1所述的用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器，其特征在于，該用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器的電壓狀態(tài)變量包括dq軸電容電壓uM與U。,，降維觀測器的電流狀態(tài)變量包括dq軸電網(wǎng)側(cè)電流ild與ilq以及dq軸變流器側(cè)電流i2d與i2q為系統(tǒng)狀態(tài)變量，而其中變流器側(cè)電流i2d與i2q可由變流器側(cè)電流傳感器直接獲得，實(shí)現(xiàn)了在dq軸上的狀態(tài)觀測器。
3.如權(quán)利要求2所述的用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器，其特征在于，實(shí)現(xiàn)在dq軸上的狀態(tài)觀測器具體的方法為: 首先分析單相系統(tǒng)的情況；并網(wǎng)LCL濾波器的單相系統(tǒng)微分方程式可整理為:
4.如權(quán)利要求1所述的用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器，其特征在于，用于并網(wǎng)逆變的降維觀測器，在具體參數(shù)設(shè)計(jì)前應(yīng)判斷系統(tǒng)可觀測性；由LCL濾波器系統(tǒng)狀態(tài)空間描述分析可知，系統(tǒng)狀態(tài)矩陣為:

5.如權(quán)利要求3所述的用于LCL并網(wǎng)逆變阻尼控制的降維觀測器，其特征在于，被控對象并網(wǎng)LCL濾波器的輸入量u2d、U2q的表達(dá)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(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)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(wǎng)公司, 國網(wǎng)天津市電力公司