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专利号: 2021105290250
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.逆变器自适应谐振抑制的电容电流反馈系数求取方法,其特征在于:以LCL型并网逆变器作为控制对象,当电网阻抗发生波动时,LCL滤波器谐振频率发生改变,固定的电容电流反馈系数不满足宽范围的电网阻抗变化;通过电网阻抗的估计,并运用简化的劳斯判据得到电容电流反馈系数H1的取值范围,从而实现在线自适应调节反馈系数大小,应对宽范围的电网阻抗变化,保证系统安全稳定运行;具体按照以下四个步骤实施:步骤1:建立LCL型并网逆变器的数学模型,推导出电容电流反馈方法抑制谐振的开环传递函数;具体为:针对两电平逆变器、T型三电平逆变器电压源型逆变电路拓扑,其电网侧电感Lxm由Lxg和Lx2两部分构成,计算公式如下:Lxm=Lx2+Lxg (1)

其中,Lx2为LCL滤波器的电网侧电感,Lxg为电网线路可变电感;

在并网电流比例控制的基础上,推导出系统开环传递函数Gopen(s)为:写出主电路在s域下的传递函数,s域是指复频域,其中变量s为复频率,H1为电容电流反馈系数,Gp为比例控制系数,Ginv为逆变器的传递函数,Ginv为延迟系数Gd和Kpwm的乘积,Gd延迟控制系数,Kpwm为增益系数;Cx为LCL滤波器的电容,Lx1为LCL滤波器的逆变侧电感,H2为并网电流反馈系数;由于电阻对谐振有阻尼作用,电网阻抗会带来最坏的影响,因此忽略电网电阻;

步骤2:对劳斯判据进行分析与合理简化;具体为:

为了处理电网阻抗实时变化的问题,得到应对电网阻抗变化的自适应电容电流反馈系数,利用简易劳斯判据进行在线稳定性判断;

假定,在s域中系统闭环传递函数如下所示:

n n‑1 n‑2 0

a0s+a1s +a2s +...+ans=0        (3)n n‑1 n‑2 0

其中,ax是多项式的系数,x=1,2,...,n;其系数作为一组劳斯数组,s 、s 、s 、…s为s域下传递函数的各个阶数,c1,n+1为根据劳斯表所计算出来的系数;按照表1进行排列;

表1劳斯表

劳斯判据判断稳定性的充要条件是表1中第一列系数全为正数;然而,在排列表1时会出现两种特殊情况:情况(1)为表1中第一列系数出现0,但其它列系数不全为0的情况;针对这种情况,将第一列系数中的0替换为一个很小的正数ε,按照表1中的公式继续计算其余系数;

情况(2)为表1中任意一行系数全部为0的情况;针对这种情况,选该全零行的上一行的所有系数重新构建一个辅助方程,将辅助方程对s进行求导,得出的导数方程系数替换该全零行;

实际系统运用过程中,当情况(1)出现时,未知控制参数之间的代数运算越来越复杂;

针对这种情况提出简易的劳斯判据;

步骤3:求取闭环传递函数和系统特征方程,运用简化的劳斯判据进行在线稳定性分析,获得电容电流反馈系数H1的取值范围;具体为:根据LCL型并网逆变器模型的开环传递函数,得出其闭环传递函数Ф(s)如下所示:该系统的特征方程如下所示:

3 2 1 0

a0s+a1s+a2s+a3s=0 (5)

其中,a0=Lx1LxmCx,a1=LxmCxH1Ginv;

a2=Lx1+Lxm,a3=H2GinvGp;

因此,将该系统的系数按照表1的规则进行排列,得到表2,进行在线稳定性分析,得出电容电流反馈系数取值范围;

表2考虑电网阻抗的LCL滤波器闭环传函劳斯表

若要实现该系统稳定,表2中第一列系数需大于0,其具体表达式为:对(6)式进行化简可得:

步骤4:得到电容电流反馈系数H1的最终取值;

由式(7)得出,当系统处于稳定状态时电容电流反馈系数H1的范围,根据该式在实际运用中选取合适的H1有效地抑制系统振荡;当电网阻抗发生变化时,实时调节H1的值来抑制系统振荡,使系统一直运行在稳定状态下;由于忽略电网电阻,但是电网电阻对谐振有抑制作用,因此电容电流反馈系数H1最终的取值为:

2.根据权利要求1所述的逆变器自适应谐振抑制的电容电流反馈系数求取方法,其特征在于:所述步骤2中,简易的劳斯判据为:当ε出现时,在下一项操作中直接消除分子含ε的项;这是因为在劳斯稳定性判据中,ε是一个非常小的正数,它出现在分子上时,在判断第一列系数是否全大于0时,该项将会减小到0;与ε项相比,常数项才是影响正负的关键,所以在表1中,考虑常数项的正负值,分子为ε的系数直接为0;对于分母中的ε,除去带ε的项还存在其他常数项,则分母中带ε的项直接去除;运用该方法,简化计算过程,且不影响稳定性的判断结果。