构网LCL型并网逆变器的电网电压前馈控制方法及系统与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种构网lcl型并网逆变器的电网电压前馈控制方法及系统。

背景技术：

1、在全球“碳达峰、碳中和”战略目标的驱动下，以风能、太阳能为代表的新能源发电正逐步替代传统化石能源，成为电力系统的重要组成部分。随着电网中可再生能源占比逐步提升，电网越来越呈现出弱电网特性，即电网阻抗不可忽视导致系统短路比持续降低，极易导致并网逆变器失稳；电网电压富含背景谐波，导致并网电流质量变差。

2、构网型逆变器以电压源形式运行，在低短路比情况下具有更高的稳定裕度。但构网型逆变器并不以并网电流质量作为控制目标，导致其无法解决电网背景谐波对并网电流的影响。此外，构网型逆变器常采用lc型滤波器，而lcl型滤波器是一个三阶滤波器，对高次谐波具有更好的抑制作用，且具有更小的体积，在某些场合如海上风力发电机等具有更明显的优势。但是，lcl滤波器存在固有谐振尖峰，若不施加有效的阻尼，该谐振峰会导致系统在谐振频率处产生剧烈振荡，严重影响系统的稳定性，甚至导致设备损坏。逆变侧电感电压反馈有源阻尼控制是一种简单且高效的方法。该方法利用易于获取的电感电压信号，通过积分环节构造阻尼，降低了成本并利用积分环节的低通特性抑制了高频噪声。

3、为抑制电网背景谐波对并网电流的影响，研究者们提出了多种电网电压前馈控制策略。然而，现有的前馈策略存在明显的局限性：

4、比例前馈： 该策略仅包含一个比例项，结构最为简单。研究表明，该方案仅对电网电压中的低次谐波（如3次及以下）具有一定的抑制效果。但对于更高频率的谐波，其补偿误差迅速增大，几乎完全失效。

5、比例+一次微分前馈： 为扩大谐波抑制范围，研究者在比例项的基础上引入了一次微分项。该方案能够有效抑制13次及以下的电网电压谐波。然而，当电网中存在超过13次的高次谐波时，该方案的抑制能力会急剧下降，无法满足复杂电网环境下的高质量并网需求。

6、综上所述，现有技术虽然通过有源阻尼和不同形式的前馈控制，部分解决了lcl并网逆变器的谐振和电网扰动问题，但始终缺乏一种能够全面、有效且经济地抑制电网电压中宽范围谐波（特别是13次以上的高次谐波）的完整解决方案。这导致在弱电网、非线性负载等复杂工况下，并网逆变器仍面临并网电流thd过高、电能质量下降的技术瓶颈。因此，本领域迫切需要一种创新的控制策略，以克服现有技术的不足，实现高质量、高鲁棒性的并网控制。

7、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明提供了一种构网lcl型并网逆变器的电网电压前馈控制方法及系统，从而有效解决背景技术中的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种构网lcl型并网逆变器的电网电压前馈控制方法，包括如下步骤：

3、采样逆变侧电感电压，将所述逆变侧电感电压输入有源阻尼模块进行处理，生成阻尼电流信号，以抑制lcl滤波器的固有谐振；

4、采样公共耦合点电网电压，将所述电网电压输入电网电压前馈模块，基于电网电压全前馈函数计算前馈补偿信号，其中所述电网电压全前馈函数由比例项、一次积分项、一次微分项和二次微分项构成；

5、将所述电流控制器输出的基础调制波指令与所述阻尼支路输出信号相减，得到初步调制波指令；

6、将所述初步调制波指令与所述电网电压前馈信号相加，得到所述最终调制波信号。

7、进一步地，所述有源阻尼模块的传递函数为

kad/(

l1s)，其中

kad为反馈系数，

l1为逆变侧电感值，

s为拉普拉斯算子；所述有源阻尼模块通过积分环节在控制环路中等效引入虚拟电阻，并利用所述积分环节的低通特性抑制高频噪声。

8、进一步地，所述反馈系数

kad根据最优阻尼比进行设计，以使所述虚拟电阻在抑制所述lcl滤波器的谐振峰的同时不改变所述lcl滤波器的滤波特性。

9、进一步地，所述电网电压全前馈函数

gff(s)的表达式为：

10、；

11、式中，

kpwm为逆变桥等效增益，

l1为逆变器侧滤波电感，c为滤波电容，

l2为网侧滤波电感，

s为拉普拉斯算子；所述比例项为 1/kpwm，所述一次积分项为

kad/(

l1s)，所述一次微分项为

sc

kad，所述二次微分项为

s2

l1c/

kpwm。

12、进一步地，所述二次微分项

s2

l1c/

kpwm用于提升所述电网电压前馈模块在前馈通道高频段的增益幅值并提供相位超前补偿，使所述电网电压全前馈函数的频率响应特性能够匹配并抵消电网电压中13次以上的高次谐波分量。

13、进一步地，所述电流控制器为比例-谐振控制器，所述比例-谐振控制器的输入为参考电流与采样得到的并网电流的误差信号，输出为所述基础调制波指令。

14、进一步地，所述将电流控制器输出的基础调制波指令、所述前馈补偿信号和所述阻尼电流信号进行合成，生成最终调制波信号，包括：

15、将所述电流控制器输出的基础调制波指令与所述阻尼支路信号相减，得到初步调制波指令；

16、将所述初步调制波指令与所述电网电压前馈信号相加，得到所述最终调制波信号。

17、进一步地，所述方法还包括：通过虚拟同步机功率环获取所述公共耦合点电网电压的相位信息，将所述电网电压及其相位信息输入所述电网电压前馈模块，以生成所述前馈补偿信号。

18、本发明还包括一种构网lcl型并网逆变器的电网电压前馈控制系统，使用如上述的方法，所述系统包括：

19、有源阻尼模块，用于采样逆变器侧电感电压并对所述逆变侧电感电压进行处理，生成阻尼电流信号，以抑制lcl滤波器的固有谐振；

20、电网电压前馈模块，用于采样公共耦合点电网电压，基于电网电压全前馈函数计算前馈补偿信号，其中所述电网电压全前馈函数由比例项、一次积分项、一次微分项和二次微分项构成；

21、信号合成模块，在电流环控制回路中，用于将电流控制器输出的基础调制波指令、所述前馈补偿信号和所述阻尼电流信号进行合成，生成最终调制波信号；

22、pwm驱动模块，用于将所述最终调制波信号转换为驱动信号，以控制逆变器功率器件的通断，输出并网电流。

23、本发明的有益效果为：采用逆变侧电感电压反馈有源阻尼，不仅能有效抑制lcl滤波器的固有谐振峰，而且利用积分环节的低通特性抑制了高频噪声，相比其他有源阻尼方法（如电容电流反馈）具有更好的抗噪性，保证了系统在各种工况下的基础稳定性；通过引入包含二次微分项的全前馈函数，本发明首次实现了对电网电压中宽范围、全频段（特别是13次以上的高次谐波）的精确补偿。这突破了现有前馈策略的技术瓶颈，使构网逆变器对复杂电网环境的适应能力大幅提升。