申请/专利权人：厦门理工学院

申请日：2024-01-09

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN117559767B

主分类号：H02M1/00

分类号：H02M1/00;H02M1/088;H02M7/48;H02M7/5387;H02J3/38;G05B13/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2024.03.01#实质审查的生效;2024.02.13#公开

摘要：本发明提供了机电能量变换器参数整定优化方法、装置、设备及介质，属于新能源逆变器并网技术领域，旨在解决因有源阻尼系数与控制器参数、设计不佳导致两者叠加在一起的负相移造成并网逆变器不稳定运行的问题。所述方法包括如下步骤：S1建立准比例谐振控制器结合电容电流有源阻尼的LCL型并网逆变器的数学模型；S2从频域角度分析电容电流反馈有源阻尼系数和准比例谐振控制器参数对系统的稳定性影响；S3结合开环频域指标合理计算各参数的约束表达式，直观的得到满足期望要求的可取区域。采用该频域整定方法可以在有效阻尼LCL滤波器谐振尖峰的同时保证并网逆变器稳定运行，而且有利于优化系统性能，使并网逆变器具有优异的稳态和动态性能。

主权项：1.机电能量变换器参数整定优化方法,其特征在于，包括：建立基于电容电流反馈有源阻尼的单相LCL型并网逆变器数学模型，并选择准比例谐振控制器作为电流控制器，具体为：建立基于电容电流反馈有源阻尼的单相LCL型并网逆变器数学模型，并推导出指令电流到并网电流的传递函数，传递函数公式为： 其中，为指令电流的拉氏变换，为并网电流的拉氏变换，、、分别为逆变器侧电感、网侧电感、滤波电容，为电容电流反馈系数，为并网电流反馈系数，为逆变桥的调制增益，为准比例谐振控制器；选择准比例谐振控制器作为电流控制器，QPR控制器的传递函数为： 其中，为比例系数，为谐振系数，为基波角频率，为谐振角频率，为保证电网频率在49.5Hz～50.5Hz波动时，所述QPR控制器有足够的增益，选取；准确搭建单相LCL型并网逆变器及其控制结构；通过对系统的结构框图进行等效变换，推出并网逆变器环路增益的表达式为： ；从频域的角度，分析准比例谐振控制器结合所述基于电容电流反馈有源阻尼的单相LCL型并网逆变器数学模型的频率特性，获得LCL滤波器和准比例谐振控制器在预设的特定频段下的等效变换公式，具体为：分析准比例谐振控制器结合所述基于电容电流反馈有源阻尼的单相LCL型并网逆变器数学模型的频率特性，其中，采用电容电流比例反馈系数能够抑制LCL滤波器的谐振尖峰；改变谐振频率附近的幅频特性，其中，越大，谐振尖峰的阻尼效果越好，随着的增大，环路的相位裕度逐渐减小，以降低系统的鲁棒性;当频率小于穿越频率时，LCL滤波器等效为的单电感L滤波器，单电感L滤波器的传递函数为： 当频率大于转折频率时，准谐振比例控制能够用传递函数代替，公式为： 其中，为比例系数，为谐振系数，为谐振角频率；通过环路的频率特性分析有源阻尼系数和准比例谐振控制器参数对逆变器稳定裕度的影响；通过分析基波频率、穿越频率以及谐振频率之间的关系，获得在预设的特定频率范围内，准比例谐振控制器、LCL滤波器等效变换的合理性；获取开环频域指标，根据开环频域指标推导有源阻尼系数和控制器参数关于开环频域指标的约束表达式，并根据约束表达式绘制其边界曲线，获得满足预设期望要求的可取区域，其中，所述开环频域指标包括稳态误差、相位裕度、幅值裕度，具体为：获取稳态误差、相位裕度PM、幅值裕度GM，并根据所述环路在基频的增益、所述相位裕度PM和所述幅值裕度GM，电容电流反馈系数和准比例谐振控制器参数，关于稳态误差、相位裕度PM、幅值裕度GM、PWM调制的约束表达式，其中，稳态误差为环路在基频的增益；其中，由环路增益在穿越频率处的增益条件推导出比例系数关于的表达式，表达式为： 由环路在基频处的增益要求推导出谐振系数关于基频增益的表达式，表达式为： 由环路在穿越频率处相位裕度的要求推导出谐振系数关于相位裕度PM的表达式，表达式为: 得到电容电流反馈系数关于基频增益、相位裕度PM的表达式，表达式为: 由环路在谐振频率处幅值裕度的要求推出电容电流反馈系数关于GM的表达式，表达式为: 由逆变器PWM调制的约束推导，得到： 其中，为逆变器的开关频率，以穿越频率为自变量，电容电流反馈系数为因变量，绘制出电容电流反馈系数关于基频增益、相位裕度PM、所述幅值裕度GM、逆变器PWM得到的、、三者约束曲线包围的可行区域；当选定电容电流反馈系数和穿越频率满足可行区域时，根据公式 和公式 得出谐振系数关于基频增益、相位裕度PM的关系曲面，其中，谐振系数的选取满足基频增益、相位裕度PM的约束要求；分析所述开环频域指标对有源阻尼系数和控制器参数的取值影响，生成最终参数，以使得并网逆变器具有优异的稳态和动态性能，进而优化逆变器并网系统的性能。

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