申请/专利权人：合肥工业大学

申请日：2023-12-27

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN117828226A

主分类号：G06F17/10

分类号：G06F17/10;H02J3/46;G06F17/16

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.23#实质审查的生效;2024.04.05#公开

摘要：本发明公开了一种电网阻抗大幅波动下并网逆变器锁相环带宽优化方法属于电气工程技术领域。该优化方法包括建立并网逆变器状态空间模型、设定并网逆变器稳定裕度优化目标和锁相环带宽的优化三个步骤。所述优化包括在期望锁相环和电网阻抗下，摄动电流环比例系数，使得并网逆变器主导特征值实部为0；保持此时的电流环比例系数不变，在实际电网阻抗下，摄动锁相环带宽，使得并网逆变器主导特征值实部再次为0，得到的锁相环值即为优化值。本发明方法考虑在电网阻抗大幅波动下，兼顾并网逆变器稳定裕度和动态性能，能够在电网阻抗波动下的稳定裕度统一到设定标准值。

主权项：1.一种电网阻抗大幅波动下并网逆变器锁相环带宽优化方法，所述电网为与新能源发电系统并网的电网，所述新能源发电系统主电路拓扑结构包括依次串联的直流侧电源、三相全桥逆变器、三相LCL滤波器、三相线路阻抗和三相电网阻抗，所述三相电网阻抗接入电网；所述三相LCL滤波器包括机侧电感、网测电感、滤波电容和阻尼电阻；其特征在于，所述优化方法包括以下步骤：步骤1，建立并网逆变器状态空间模型；所述并网逆变器状态空间模型包括锁相环小信号模型、电流环小信号模型、LCL滤波器小信号模型和电网接口小信号模型；所述锁相环小信号模型的表达式为： 式中，Δ表示对应变量的小信号分量；ω为锁相环得到的电网角频率，Kppll为锁相环比例系数，Kipll为锁相环积分系数，xpll为锁相环控制积分项，为锁相环控制积分项的导数，upccq为并网点电压的q轴分量，δ为通过锁相环得到的角与电网角度的偏差角度，并记为功率角δ，为功率角的导数；所述电流环小信号模型的表达式为： 式中，xd为d轴电流环引入的状态变量，记为d轴状态变量xd，为d轴状态变量xd的导数，xq为q轴电流环引入的状态变量，记为q轴状态变量xq，为q轴状态变量xq的导数，iL1d为机侧电感电流d轴分量，iL1q为机侧电感电流q轴分量，ud为d轴电流环的输出参考电压，uq为q轴电流环的输出参考电压，Kp为电流环PI控制的比例系数，Ki为电流环PI控制的积分系数，ωn为电网角频率稳态值，IL1d为机侧电感电流d轴分量稳态值，IL1q为机侧电感电流q轴分量稳态值，upccd为并网点电压d轴分量；L1为机侧电感的电感值；所述并网逆变器LCL滤波器小信号模型表达式为： 式中，为机侧电感电流d轴分量iL1d的导数，为机侧电感电流q轴分量iL1q的导数，ucd为d轴电容电压，为d轴电容电压ucd的导数，ucq为q轴电容电压，为q轴电容电压ucq的导数，iLod为d轴网侧输出电流，iLoq为q轴网侧输出电流，Ucd为d轴电容电压稳态值，Ucq为q轴电容电压稳态值，Rc为LCL滤波器电容支路上的阻尼电阻值，C为滤波电容的电容值；所述电网接口小信号模型表达式为： 式中，为d轴网侧输出电流iLod的导数，为q轴网侧输出电流iLoq的导数，Lo为网侧电感电感值L2、三相线路阻抗值LTL和三相电网阻抗值Lg的总和，ed为电网电压d轴分量，eq为电网电压q轴分量，Um为电网相电压幅值，δ0为功率角稳态值；根据上述四个小信号模型，将并网逆变器状态空间模型表达为矩阵模式，其表达式为： 式中，s为并网逆变器状态空间模型中所有状态变量形成的状态变量矩阵，为该状态变量矩阵的导数，A为并网逆变器系统状态空间矩阵，求解并网逆变器状态空间模型，得到与状态变量对应的特征值，将其中决定并网逆变器稳定性的特征值记为主导特征值；步骤2，设定并网逆变器稳定裕度优化目标；将优化后得到的锁相环带宽记为优化锁相环带宽ωrpll，并将在实际三相电网阻抗Lgr和优化锁相环带宽ωrpll下并网逆变器的稳定裕度记为PM1；给定期望的电网阻抗Lgh和期望的锁相环带宽ωpll，并将在期望的电网阻抗Lgh和期望的锁相环带宽ωpll下并网逆变器的稳定裕度记为PM2；所述并网逆变器稳定裕度优化目标为PM1＝PM2；步骤3，并网逆变器锁相环带宽的优化；根据步骤1建立的并网逆变器状态空间模型和步骤2设定的优化目标，并网逆变器锁相环带宽的优化步骤为：步骤3.1，在期望三相电网阻抗Lgh和期望锁相环带宽ωpll下摄动电流环比例系数，使得状态空间模型主导特征值的实部为0，记录此时的电流环比例系数；步骤3.2，保持步骤3.1得到的电流环比例系数不变，在实际三相电网阻抗Lgr下摄动锁相环带宽，使得状态空间模型主导特征值实部为0，记录此时的锁相环带宽，并将此锁相环带宽认定为优化锁相环带宽ωrpll。

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