光伏并网逆变器虚拟电抗控制方法
【专利摘要】光伏并网逆变器虚拟电抗控制方法，涉及光伏并网逆变器控制【技术领域】。解决了现有光伏并网逆变器稳定性差的问题。所述方法包括以下步骤：根据实际电网阻抗、逆变器输出阻抗以及逆变器输出阻抗稳定性判据获得虚拟电感量及其等效内阻和虚拟电容量；根据虚拟电感量及其等效内阻，并结合全桥增益获得虚拟电感的等效前馈通路传递函数；根据虚拟电容的电容量，并结合全桥增益、实际滤波电容、滤波电感及其寄生电阻、电流环传递函数和反馈滤波环传递函数获得虚拟电容的等效前馈通路传递函数；将虚拟电感和虚拟电容的等效前馈通路传递函数进行离散化，获得差分方程：将差分方程与电流环的输出量进行叠加。本发明适用于控制光伏并网逆变器。
【专利说明】光伏并网逆变器虚拟电抗控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏并网逆变器控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 偏远地区、海岛等电网末端的电网通常为相对较小的负载设计，其电力供应多为 中低压等级，为满足分散用户的负载需求大部分输电线路较长，线路电抗较大，因而电网呈 现高阻抗特性，这种电网通常被称为弱电网（weak grid)。对于正常电网设计合理的光伏并 网逆变器，当电网阻抗变大时系统的稳定性变差，并网电流谐波增大。因此，在设计用于电 网末端或偏远地区的光伏逆变器时不仅要考虑正常电网的工作状态，同时需要考虑电网阻 抗增大即弱电网时系统的稳定性。
[0003] 对电流源型光伏并网逆变器来说，希望逆变器的输出阻抗越大越好。通过分析LC 型单相光伏并网逆变器输出阻抗特性以及不同参数对逆变器输出阻抗的影响可以发现：增 大滤波电感增加会使输出阻抗在高频段增大，有利于提高系统稳定性；但增大滤波电感往 往会导致系统体积增大、成本升高，进一步研究发现减小逆变器输出滤波电容也是提高逆 变器输出阻抗进而增强系统稳定性的有效措施之一；但减小电容往往会导致逆变器输出纹 波变大，并网电能质量降低，进而对系统产生不良影响。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有光伏并网逆变器稳定性差的问题，提出了光伏并网逆变器虚 拟电抗控制方法。
[0005] 光伏并网逆变器虚拟电抗控制方法包括以下步骤：
[0006] 步骤一、根据实际电网阻抗Zg、光伏并网逆变器输出阻抗Zjs)以及光伏并网逆变 器输出阻抗稳定性判据的幅频特性和相频特性获得虚拟电感量L v、虚拟电感量的等效内阻 rv和虚拟电容量Cv ;
[0007] 步骤二、根据虚拟电感量Lv和虚拟电感量的等效内阻rv，并结合全桥增益Κ ΡΜ，获 得虚拟电感的等效前馈通路传递函数Gw(s);
[0008] 步骤三、根据虚拟电容的电容量Cv，并结合全桥增益KPWM、实际滤波电容C a。、滤波电 感1^。及其寄生电阻&。、电流环传递函数Gjs)和反馈滤波环传递函数1(8)获得虚拟电容 的等效前馈通路传递函数
【权利要求】
1. 光伏并网逆变器虚拟电抗控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤： 步骤一、根据实际电网阻抗zg、光伏并网逆变器输出阻抗Ζ?以及光伏并网逆变器输 出阻抗稳定性判据的幅频特性和相频特性获得虚拟电感量1^、虚拟电感量的等效内阻1^和 虚拟电容量cv; 步骤二、根据虚拟电感量Lv和虚拟电感量的等效内阻rv，并结合全桥增益ΚΡΜ，获得虚 拟电感的等效前馈通路传递函数Gw(s); 步骤三、根据虚拟电容的电容量Cv，并结合全桥增益KPWM、实际滤波电容Ca。、滤波电感 La。及其寄生电阻^。、电流环传递函数Gjs)和反馈滤波环传递函数1(8)获得虚拟电容的 等效前馈通路传递函数
步骤四、将虚拟电感的等效前馈通路传递函数和虚拟电容的等效前馈通路传递函数进 行离散化，获得差分方程：
ζ (η) = Κ^ο (η) +Κ2ν〇 (η-1) -Κ3ν〇 (η-2), 其中，Ts为采样周期，Κρ Κ2、Κ3均为系数； 步骤五、将y (η)、ζ (η)与电流环的输出量χ (η)进行叠加。
2. 根据权利要求1所述的光伏并网逆变器虚拟电抗控制方法，其特征在于，步骤一中 所述的实际电网阻抗Zg是通过阻抗测试设备或电网阻抗在线检测方法获得。
3. 根据权利要求2所述的光伏并网逆变器虚拟电抗控制方法，其特征在于，步骤一中 所述的光伏并网逆变器输出阻抗Zjs)的表达式为：
其中，ω。为二阶低通滤波器的截止角频率，Q为品质因数，Ca。为实际滤波电容，La。为 实际滤波电感，ra。为La。的寄生电阻，KPWM为全桥增益，V。为光伏并网逆变器输出电压，i。为 光伏并网逆变器输出电流，< 为电感电流给定值，KP为电流环比例系数，&为电流换积分系 数。
4. 根据权利要求3所述的光伏并网逆变器虚拟电抗控制方法，其特征在于，步骤一中 所述的光伏并网逆变器输出阻抗稳定性判据的表达式为：
其中，GM为增益裕度，ΡΜ为相角裕度，当实际电网阻抗Zg不变时，光伏 并网逆变器输出阻抗的幅频特性满足IZgl+GiKlZ。!，其相频特性不需要满 足-180 ° +PM〈 Z Zg- Ζ Z/180 ° -PM即可保证电网系统稳定；当光伏并 网逆变器输出阻抗的幅频特性不满足IZgl+GiKlZ。!，则其相频特性必须满 足-180° +PM〈 Z Zg- Z ZQ〈180° -PM，以保证系统稳定。
5. 根据权利要求4所述的光伏并网逆变器虚拟电抗控制方法，其特征在于，步骤一中 所述的根据实际电网阻抗Zg、光伏并网逆变器输出阻抗Zjs)以及光伏并网逆变器输出阻 抗稳定性判据的幅频特性和相频特性获得虚拟电感量L v、虚拟电感量的等效内阻rv和虚拟 电容量Cv的过程为：保证实际电网阻抗Z g不变，根据增益裕度GM、相角裕度PM以及光伏并 网逆变器输出阻抗Z。(s)的表达式获得虚拟电感量Lv和虚拟电容量C v，虚拟电感量Lv的等 效内阻rv是根据实际电感的等效内阻等比例获得。
6. 根据权利要求5所述的光伏并网逆变器虚拟电抗控制方法，其特征在于，步骤二中 所述的根据虚拟电感量Lv和虚拟电感量的等效内阻r v，并结合全桥增益KPWM，获得虚拟电感 的等效前馈通路传递函数Gw(s)的过程为： 步骤二一、将反馈输出电流信息k和虚拟电感的等效前馈通路传递函数Gw(s)相乘 后，与电流环输出进行叠加，以确定等效前馈通路在整个控制环路中的位置，并通过该位置 获得虚拟电感前馈通路的线性模型； 步骤二二、确定增加前馈通路后的最终控制目标，即等效目标传递函数为
步骤二三、根据自动控制原理的结构图化简方法，对虚拟电感前馈通路的线性模型进
行化简，得到传递函数- ，该传递函数与等效目标传递函数相等，从而获 ] 得虚拟电感的等效前馈通路传递函数
7. 根据权利要求1所述的光伏并网逆变器虚拟电抗控制方法，其特征在于，步骤四中 所述的
，
)
【文档编号】H02J3/38GK104158220SQ201410431801
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】王卫, 刘桂花, 刘鸿鹏, 曹小娇, 王盼宝, 吴辉 申请人:哈尔滨工业大学