一種三相并網(wǎng)系統(tǒng)lcl濾波器參數(shù)設(shè)計的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 發(fā)明屬于系統(tǒng)穩(wěn)定性分析領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種S相并網(wǎng)系統(tǒng)IXL濾波器參數(shù)設(shè)計 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著環(huán)境污染的加劇，化石能源問題的緊缺，可再生能源的開發(fā)和利用受 到越來越多的國家的關(guān)注，分布式發(fā)電系統(tǒng)由于具有初期假設(shè)投資低、發(fā)電方式靈活等特 點而成為一種巨大發(fā)展市場的新能源綜合利用方式。并網(wǎng)變流器作為分布式發(fā)電系統(tǒng)與電 網(wǎng)公共接入點之間的能量接口單元，是分布式發(fā)電系統(tǒng)中極其重要的組成部分。
[0003] 由于并網(wǎng)變流器通常采用高頻PWM技術(shù)，并網(wǎng)電流中會含有高次諧波，故需要采 用濾波器濾除該諧波噪聲。采用LCL濾波器不僅可W獲得較好的濾波效果，同時可W降低 成本，提高系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度，但由于IXL濾波器是一個=階系統(tǒng)，在諧振頻率處幅頻特性 曲線上會存在諧振尖峰，相頻特性曲線上會有-180°的相角突變，運會造成系統(tǒng)振蕩甚至 不穩(wěn)定。為了抑制諧振的危害，需要對諧振尖峰進行阻尼控制，傳統(tǒng)的方法有：1)、無源阻尼 方案是通過增加無源阻尼電阻來改變系統(tǒng)矩陣，增加系統(tǒng)阻尼，抑制諧振尖峰，但是該方法 會增加系統(tǒng)損耗，降低系統(tǒng)效率。2)、有源阻尼方案是檢測其他狀態(tài)變量引入多環(huán)反饋控制 系統(tǒng)，從而增加系統(tǒng)阻尼，該方法需要額外的傳感器，增加成本，同時多環(huán)反饋參數(shù)設(shè)計復 雜。
[0004] IXL濾波器各個參數(shù)之間聯(lián)系緊密，對系統(tǒng)的濾波效果、諧振頻率取值、電流衰減 比等重要參數(shù)都會產(chǎn)生一定的影響，同時，在設(shè)計的過程中，需要綜合考慮的限制條件也 很多，如成本、體積、效率、損耗、無功交換等等，故IXL濾波器的參數(shù)設(shè)計復雜。傳統(tǒng)設(shè)計方 法均是在未考慮系統(tǒng)穩(wěn)定條件下來設(shè)計的IXL濾波器參數(shù)，設(shè)計完成W后采用無源阻尼或 者有源阻尼穩(wěn)定性控制方案來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明的目的是提供一種S相并網(wǎng)系統(tǒng)IXL濾波器參數(shù)設(shè)計的方法，解決現(xiàn)有技 術(shù)中存在的上述問題。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種S相并網(wǎng)系統(tǒng)IXL濾波器參數(shù)設(shè) 計的方法，所述方法包括W下步驟：
[0007] 建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學模型；
[0008] 根據(jù)所述數(shù)學模型獲取離散系統(tǒng)的零極點位置與諧振控制頻率的比值關(guān)系；
[0009] 根據(jù)系統(tǒng)伯德圖W及頻域穩(wěn)定判據(jù)選取系統(tǒng)諧振頻率的取值范圍；
[0010] 根據(jù)所述比值關(guān)系和所述取值范圍確定IXL濾波器的參數(shù)。
[0011] 進一步，所述建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學模型的步驟，包括：
[0012]根據(jù)W下算式計算系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：
[001引取系統(tǒng)諧振頻率與采樣頻率的比例因子為k，即：
[0020] 則上面系統(tǒng)的離散開環(huán)傳遞函數(shù)可W簡化為下式：
[0025] L表示變流器側(cè)濾波電感；Lg表示電網(wǎng)側(cè)濾波電感；Cf表示濾波電容；r表示逆變 器側(cè)實際電感模型上的等效阻尼電阻；r,表示電網(wǎng)側(cè)實際電感模型上的等效串聯(lián)電阻W及 并網(wǎng)線路上的電阻；C+表示正直流母線電容；C表示負直流母線電容，KP、Ti分別是PI調(diào)節(jié) 器的比例增益和積分時間常數(shù)，L表示離散系統(tǒng)的采樣周期。
[00%] 進一步，所述根據(jù)所述比值關(guān)系對系統(tǒng)進行無阻尼穩(wěn)定性分析的步驟，包括：
[0027] 當k= 0. 1時，隨著系統(tǒng)開環(huán)增益Kp的增大，根軌跡的部分分支從單位圓處趨向 于無窮大，根軌跡位于單位圓之外，系統(tǒng)不存在穩(wěn)定的區(qū)間；
[0028] 當k = 0. 25時，隨著開環(huán)增益Kp的增大，系統(tǒng)的根軌跡部分分支有位于單位圓之 內(nèi)，系統(tǒng)存在穩(wěn)定的可能性；
[0029] 當k= 0. 4時，根軌跡曲線位于單位圓之內(nèi)，隨著Kp的增加根軌跡遠離單位圓；
[0030] 即隨著k的增加，系統(tǒng)可W從不穩(wěn)定而過渡到條件穩(wěn)定。
[0031] 進一步，所述根據(jù)系統(tǒng)伯德圖W及頻域穩(wěn)定判據(jù)選取系統(tǒng)諧振頻率的取值范圍的 步驟，包括：
[0032] 由開環(huán)傳遞函數(shù)可W得到系統(tǒng)的幅頻特性表達式如下式所示：
[0034] 所述相頻特性表達式如下式所示：
[0036] 由頻率響應(yīng)表達式得到系統(tǒng)的穿越-180°的相角穿越頻率，令Gk(jCO)的虛部為 0,得到系統(tǒng)的相角穿越頻率《。，如下式所示：
[0038]根據(jù)上面離散系統(tǒng)伯德圖穩(wěn)定性分析得到系統(tǒng)穩(wěn)定的條件如下式：
[0040] 得到系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)取值范圍如下式所示：
[00創(chuàng)其中，Kp,。?？凳倦娏鲀?nèi)環(huán)系統(tǒng)根據(jù)最佳阻尼比工程方法求得的PI調(diào)節(jié)器最佳比 例增益，且Kp,Wt=化+Lg)/3L; 陽043] 取系統(tǒng)的諧振頻率與開關(guān)頻率之比為n，則：
[0045] 根據(jù)上式可W得到系統(tǒng)穩(wěn)定的諧振頻率與開關(guān)頻率系數(shù)的約束條件如下式所 示：
[0047] 進一步，系統(tǒng)的采樣頻率為開關(guān)頻率的2倍，即f,= 2fS。。
[0048] 進一步，諧振頻率小于0. 5倍的開關(guān)頻率。
[0049] 在本發(fā)明實施例中，通過建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學模型；并根據(jù)所述數(shù)學 模型獲取離散系統(tǒng)的零極點位置與諧振控制頻率的比值關(guān)系；然后根據(jù)系統(tǒng)伯德圖W及頻 域穩(wěn)定判據(jù)選取系統(tǒng)諧振頻率的取值范圍；最終根據(jù)所述比值關(guān)系和所述取值范圍確定 IXL濾波器的參數(shù)。降低了IXL濾波器的參數(shù)設(shè)計復雜的程度，同時在考慮系統(tǒng)穩(wěn)定條件 下來設(shè)計的IXL濾波器參數(shù)大幅提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0050] 圖1是本發(fā)明實施例提供的=相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析的方法的流程圖；
[0051] 圖2是本發(fā)明實施例基于IXL濾波的S相并網(wǎng)變流器物理拓撲結(jié)構(gòu)；
[0052] 圖3是本發(fā)明實施例=相并網(wǎng)變流器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制框圖；
[0053] 圖4是本發(fā)明實施例不同k值下系統(tǒng)離散域開環(huán)傳遞函數(shù)根軌跡曲線圖；
[0054] 圖5是本發(fā)明實施例不同延時時間下系統(tǒng)的伯德圖；
[0055] 圖6是本發(fā)明實施例電流衰減率與前后電感分割率X的關(guān)系曲線圖。
【具體實施方式】
[0056] W下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0057] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0058] W下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的具體實現(xiàn)進行詳細描述：
[0059] 圖1示出了本發(fā)明實施例提供的=相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析的方法的流程， 為了便于說明，僅列出與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分，詳述如下：
[0060] 本發(fā)明實施例提供的=相并網(wǎng)系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定性分析的方法，包括W下步驟：
[0061] 步驟S10,建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學模型；
[0062] 步驟S20,根據(jù)所述數(shù)學模型獲取離散系統(tǒng)的零極點位置與諧振控制頻率的比值 關(guān)系；
[0063] 步驟S30,根據(jù)系統(tǒng)伯德圖W及頻域穩(wěn)定判據(jù)選取系統(tǒng)諧振頻率的取值范圍；
[0064] 步驟S40,根據(jù)所述比值關(guān)系和所述取值范圍確定IXL濾波器的參數(shù)。 陽0化]如圖2-6,作為本發(fā)明一優(yōu)選實施例，根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)離散域傳遞函數(shù)的根軌跡分析 系統(tǒng)無阻尼穩(wěn)定的可能性。建立系統(tǒng)的離散數(shù)字域下的數(shù)學模型，畫出離散系統(tǒng)的控制結(jié) 構(gòu)框圖如附圖3所示，電流內(nèi)環(huán)系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)器控制，具體地，步驟SlO的實現(xiàn)方式為：
[0066] 根據(jù)W下算式計算系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：
[0072] 取系統(tǒng)諧振頻率與采樣頻率的比例因子為k，即：
[0074] 則上面系統(tǒng)的離散開環(huán)傳遞函數(shù)可W簡化為下式：
陽076] 其中：
[0079] Ti-Te是=相變流器的功率開關(guān)管；L表示變流器側(cè)濾波電感；Lg表示電網(wǎng)側(cè)濾波 電感；Cf表示濾波電容；r表示逆變器側(cè)實際電感模型上的等效阻尼電阻；r,表示電網(wǎng)側(cè)實 際電感模型上的等效串聯(lián)電阻W及并網(wǎng)線路上的電阻；C+表示正直流母線電容；C表示負 直流母線電容，Kp、Ti分別是PI調(diào)節(jié)器的比例增益和積分時間常數(shù)，Tg表示離散系統(tǒng)的采樣 周期。
[0080] 作為本發(fā)明優(yōu)選實施例，步驟S30中對系統(tǒng)進行無阻尼穩(wěn)定性分析的實現(xiàn)方式具 體為：
[0081] 當k = 0. 1時，隨著系統(tǒng)開環(huán)增益Kp的增大，根軌跡的部分分支從單位圓處趨向 于無窮大，根軌跡位于單位圓之外，系統(tǒng)不存在穩(wěn)定的區(qū)間；
[0082] 當k = 0. 25時，隨著開環(huán)增益Kp的增大，系統(tǒng)的根軌跡部分分支有位于單位圓之 內(nèi)，系統(tǒng)存在穩(wěn)定的可能性；
[0083] 當k = 0. 4時，根軌跡曲線位于單位圓之內(nèi)，隨著Kp的增加根軌跡遠離單位圓；
[0084] 即隨著k的增加，系統(tǒng)可W從不穩(wěn)定而過渡到條件穩(wěn)定。
[00化]對于實際的變流器控制系統(tǒng)，若將采樣頻率固定，則諧振頻率可W看成為一變參 數(shù)。由開環(huán)傳遞函數(shù)可W知道，離散系統(tǒng)的零極點位置只與諧振控制頻率之比k值有關(guān)，其 他系數(shù)只影響開環(huán)傳遞函數(shù)的增益。
[0086] 在本發(fā)明實施例中，利用系統(tǒng)Bode圖（伯德圖）結(jié)合頻域穩(wěn)定判據(jù)優(yōu)化選取系統(tǒng) 諧振頻率的取值范圍。從上面系統(tǒng)的根軌跡曲線可W知道，對于網(wǎng)側(cè)電流反饋控制系統(tǒng)，由 于數(shù)字控制中采樣保持和一拍滯后的作用，優(yōu)化選取諧振控制頻率之比k值，電流內(nèi)環(huán)控 制系統(tǒng)是條件穩(wěn)定的?；陬l率特性分析方法可W得到系統(tǒng)穩(wěn)定條