三相逆变器LCL滤波器的主动阻尼共同解耦方法及装置

三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦方法及装置
技术领域
1.本发明涉及电力系统的参数控制领域，具体地涉及一种三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦方法和装置。


背景技术：

2.目前的技术在lcl滤波器在dq坐标系下实现解耦时，为提高系统的稳定性，并避免被动阻尼导致的损耗，需要采用主动阻尼策略；主动阻尼策略通常会引入新的耦合以及相应的解耦，会极大增加控制系统的复杂程度，不利于工程应用。


技术实现要素：

3.本发明实施方式的目的是提供一种三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦方法和装置，以至少解决在不增加系统复杂度的情况下，解决有效解耦的问题。
4.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦方法，所述解耦方法包括：
5.基于lcl滤波器中带主动阻尼控制的电流环复矢量模型，得到dq坐标系下lcl滤波器的传递函数g
lcl
(s)，以及基于lcl滤波器中带主动阻尼控制的电流环复矢量模型的等效电流环模型，得到dq坐标系下带主动阻尼的lcl滤波器的传递函数g
df
(s)；
6.根据所述传递函数g
lcl
(s)和所述传递函数g
df
(s)确定解耦系数；
7.获取lcl滤波器中pi误差调节器的d轴输出电压ud*和q轴输出电压uq*；
8.将pi误差调节器的q轴输出电压uq*乘以解耦系数得到的信号与pi误差调节器的d轴输出电压ud*进行信号相加，解耦得到d轴电压矢量基准ud*’；将pi误差调节器的d轴输出电压ud*乘以解耦系数得到的信号与pi误差调节器的q轴输出电压uq*进行信号相减，解耦得到q轴电压矢量基准uq*’。
9.可选的，所述传递函数g
lcl
(s)为：
[0010][0011]
其中，j为虚部符号，s为拉普拉斯算子，l1、l2、cf和rf为lcl滤波器的固有参数值，ωe为基波角频率。
[0012]
可选的，所述传递函数g
df
(s)为：
[0013]
[0014]
所述根据所述传递函数g
lcl
(s)和所述传递函数g
df
(s)确定解耦系数，包括：
[0015]
基于公式变换原理将传递函数g
df
(s)简化为：
[0016][0017]
其中，简化后的传递函数g
df
(s)的虚部为解耦系数；
[0018]
g7(s)＝g3(s) g1(s)g5(s)-g2(s)g6(s)
[0019]
g8(s)＝g4(s) g2(s)g5(s) g1(s)g6(s)；
[0020]
g1(s)＝r
fcf
s 1
[0021]
g2(s)＝r
fcf
ωe[0022]
g3(s)＝l1l2cfs3 (l1 l2)r
fcf
s2 (l1 l
2-l1l2cf3ω
e2
)s-(l1 l2)r
fcf
ω
e2
[0023]
g4(s)＝l1l2cf3ωes2 2(l1 l2)r
fcf
ωes (l1 l
2-l1l2cfω
e2
)ωe[0024][0025][0026]
e-2tsas
为lcl滤波器的固有延时，tsa为电流采样周期；k为主动阻尼系数。
[0027]
本发明还提供一种三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦装置，所述解耦装置包括：
[0028]
计算模块，用于基于lcl滤波器中带主动阻尼控制的电流环复矢量模型，得到dq坐标系下lcl滤波器的传递函数g
lcl
(s)，以及基于lcl滤波器中带主动阻尼控制的电流环复矢量模型的等效电流环模型，得到dq坐标系下带主动阻尼的lcl滤波器的传递函数g
df
(s)；以及根据所述传递函数g
lcl
(s)和所述传递函数g
df
(s)确定解耦系数；
[0029]
获取模块，用于获取lcl滤波器中pi误差调节器的d轴输出电压ud*和q轴输出电压uq*；
[0030]
解耦模块，用于将pi误差调节器的q轴输出电压uq*乘以解耦系数得到的信号与pi误差调节器的d轴输出电压ud*进行信号相加，解耦得到d轴电压矢量基准ud*’；将pi误差调节器的d轴输出电压ud*乘以解耦系数得到的信号与pi误差调节器的q轴输出电压uq*进行信号相减，解耦得到q轴电压矢量基准uq*’。
[0031]
可选的，解耦装置中用到的传递函数g
lcl
(s)为：
[0032][0033]
其中，j为虚部符号，s为拉普拉斯算子，l1、l2、cf和rf为lcl滤波器的固有参数值，ωe为基波角频率。
[0034]
可选的，所述传递函数g
df
(s)为：
[0035][0036]
所述根据所述传递函数g
lcl
(s)和所述传递函数g
df
(s)确定解耦系数，包括：
[0037]
基于公式变换原理将传递函数g
df
(s)简化为：
[0038][0039]
其中，简化后的传递函数g
df
(s)的虚部为解耦系数；
[0040]
g7(s)＝g3(s) g1(s)g5(s)-g2(s)g6(s)
[0041]
g8(s)＝g4(s) g2(s)g5(s) g1(s)g6(s)；
[0042]
g1(s)＝r
fcf
s 1
[0043]
g2(s)＝r
fcf
ωe[0044]
g3(s)＝l1l2cfs3 (l1 l2)r
fcf
s2 (l1 l
2-l1l2cf3ω
e2
)s-(l1 l2)r
fcf
ω
e2
[0045]
g4(s)＝l1l2cf3ωes2 2(l1 l2)r
fcf
ωes (l1 l
2-l1l2cfω
e2
)ωe[0046][0047][0048]
e-2tsas
为lcl滤波器的固有延时，tsa即为电流采样周期；k为主动阻尼系数。
[0049]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行上述的三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦方法。
[0050]
通过上述技术方案，本发明将传递函数g
lcl
(s)和传递函数g
df
(s)进行一起解耦确定解耦系数，可以在不引入新的耦合信号的条件下，有效实现lcl滤波器和主动阻尼这一步的解耦，降低解耦控制策略的复杂程度。
[0051]
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0052]
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
[0053]
图1是本发明实施例中提供的一种三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦方法示意图；
[0054]
图2是本发明实施例中提供的一种三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦装
置在电流环中的位置示意图；
[0055]
图3是本发明实施例中提供的一种lcl滤波器中带主动阻尼控制的电流环复矢量模型；
[0056]
图4是本发明实施例中提供的一种基于lcl滤波器中带主动阻尼控制的电流环复矢量模型的等效电流环模型。
具体实施方式
[0057]
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0058]
如图1所示，一种三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦方法，所述解耦方法包括：
[0059]
基于lcl滤波器中带主动阻尼控制的电流环复矢量模型，得到dq坐标系下lcl滤波器的传递函数g
lcl
(s)，以及基于lcl滤波器中带主动阻尼控制的电流环复矢量模型的等效电流环模型，得到dq坐标系下带主动阻尼的lcl滤波器的传递函数g
df
(s)；
[0060]
根据所述传递函数g
lcl
(s)和所述传递函数g
df
(s)确定解耦系数；
[0061]
获取lcl滤波器中pi误差调节器的d轴输出电压ud*和q轴输出电压uq*；
[0062]
将pi误差调节器的q轴输出电压uq*乘以解耦系数得到的信号与pi误差调节器的d轴输出电压ud*进行信号相加，解耦得到d轴电压矢量基准ud*’；将pi误差调节器的d轴输出电压ud*乘以解耦系数得到的信号与pi误差调节器的q轴输出电压uq*进行信号相减，解耦得到q轴电压矢量基准uq*’。然后将解耦得到d轴电压矢量基准ud*’和解耦得到q轴电压矢量基准uq*’依次经过现有的第一坐标转换模块进行坐标转换后的信号在pwm信号调制器02中经过与斜波等的运算，从而得到控制三相全桥逆变电路的两组pwm信号，参与pwm控制的电压矢量。
[0063]
具体的，如图3所示，虚线框内即为dq坐标系下lcl滤波器传递函数g
lcl
(s)；gpi为pi控制器的传递函数，用于误差调节，实现电流环的闭环输入为电流基准减去电流反馈值的差值，输出为误差调节信号，也是三相逆变器桥臂的输出电压；(1/(s jωe)l1)为lcl滤波器输入侧电感l1的传递函数，输入为三相逆变器桥臂的输出电压，输出为流过l1的电流；(1/(s jωe)l2)为lcl滤波器输出侧电感l2的传递函数，输入为lcl滤波器中电容cf的电压，输出为流过l2的电流，也就是lcl滤波器的输出电流(id或iq)；(1/(s jωe)cf)为lcl滤波器中电容cf的传递函数，输入为流过l1的电流与流过l2的电流之差，也就是流过电容cf的电流(ifd或ifq)，输出为lcl滤波器中电容cf的电压；l1、l2和cf共同组成了lcl滤波器，也就是图3中的g
lcl
。如图2所示：在该三相逆变器lcl滤波器中，三相全桥逆变电路将直流电逆变为交流电，该交流电经过滤波模块(电感l
a1
、l
a2
、电感l
b1
、l
b2
、电感l
c1
、l
c2
、电容c
af
、c
bf
、c
cf
)滤波后，通过交流输出端m接入外部电网。在交流输出端m附近，第二坐标模块通过将采集到的电流进行坐标系转换，从而得到电流iq和id。电流iq和id经过pi误差调节器g
pi
转换为解耦单元的输入电压ud*和uq*。为了实现对解耦单元的输入电压ud*和uq*的完全解耦；
[0064]
传递函数g
lcl
(s)为：
[0065][0066]
其中，j为虚部符号，s为拉普拉斯算子，l1、l2、cf和rf为lcl滤波器的固有参数值，ωe为基波角频率。
[0067]
对图3进行简化，得到如图4所示的等效电流环模型，虚线框内即为dq坐标系下带主动阻尼的lcl滤波器的传递函数g
df
(s)为：
[0068][0069]
所述根据所述传递函数g
lcl
(s)和所述传递函数g
df
(s)确定解耦系数，包括：
[0070]
令：
[0071]
g1(s)＝r
fcf
s 1
[0072]
g2(s)＝r
fcf
ωe[0073]
g3(s)＝l1l2cfs3 (l1 l2)r
fcf
s2 (l1 l
2-l1l2cf3ω
e2
)s-(l1 l2)r
fcf
ω
e2
[0074]
g4(s)＝l1l2cf3ωes2 2(l1 l2)r
fcf
ωes (l1 l
2-l1l2cfω
e2
)ωe[0075][0076][0077]
为了进一步的简化，令：
[0078]
g7(s)＝g3(s) g1(s)g5(s)-g2(s)g6(s)
[0079]
g8(s)＝g4(s) g2(s)g5(s) g1(s)g6(s)；
[0080]
基于公式变换原理，传递函数g
df
(s)和传递函数g
lcl
(s)的对应系数相等得到的传递函数g
df
(s)简化形式为：
[0081][0082]
e-2tsas
为lcl滤波器的固有延时，tsa为电流采样周期；k为主动阻尼系数；其中，简化后的传递函数g
df
(s)的虚部为解耦系数。
[0083]
如图1和图2所示，三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦方法形成的传递函数(位置在图2中的虚线框中)为g
dc
(s)；
[0084][0085]
将式(1)、(2)相乘可得：
[0086][0087]
因此经过本发明中的三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦方法使得经过本发明的解耦单元后的信号没有虚部，说明dq轴电流解耦，能够实现lcl滤波器和主动阻尼的一步同时解耦，不需要分别对两者进行解耦，能够降低解耦控制策略的复杂程度。
[0088]
本发明还提供一种三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦装置，所述解耦装置包括：
[0089]
计算模块，用于基于lcl滤波器中带主动阻尼控制的电流环复矢量模型，得到dq坐标系下lcl滤波器的传递函数g
lcl
(s)，以及基于lcl滤波器中带主动阻尼控制的电流环复矢量模型的等效电流环模型，得到dq坐标系下带主动阻尼的lcl滤波器的传递函数g
df
(s)；以及根据所述传递函数g
lcl
(s)和所述传递函数g
df
(s)确定解耦系数；
[0090]
获取模块，用于获取lcl滤波器中pi误差调节器的d轴输出电压ud*和q轴输出电压uq*；
[0091]
解耦模块，用于将pi误差调节器的q轴输出电压uq*乘以解耦系数得到的信号与pi误差调节器的d轴输出电压ud*进行信号相加，解耦得到d轴电压矢量基准ud*’；将pi误差调节器的d轴输出电压ud*乘以解耦系数得到的信号与pi误差调节器的q轴输出电压uq*进行信号相减，解耦得到q轴电压矢量基准uq*’。
[0092]
可选的，解耦装置中用到的传递函数g
lcl
(s)为：
[0093][0094]
其中，s为拉普拉斯算子，l1、l2、cf和rf为lcl滤波器的固有参数值，ωe为基波角频率。
[0095]
可选的，所述传递函数g
df
(s)为：
[0096][0097]
所述根据所述传递函数g
lcl
(s)和所述传递函数g
df
(s)确定解耦系数，包括：
[0098]
基于公式变换原理将传递函数g
df
(s)简化为：
[0099][0100]
其中，简化后的传递函数g
df
(s)的虚部为解耦系数；
[0101]
g7(s)＝g3(s) g1(s)g5(s)-g2(s)g6(s)
[0102]
g8(s)＝g4(s) g2(s)g5(s) g1(s)g6(s)；
[0103]
g1(s)＝r
fcf
s 1
[0104]
g2(s)＝r
fcf
ωe[0105]
g3(s)＝l1l2cfs3 (l1 l2)r
fcf
s2 (l1 l
2-l1l2cf3ω
e2
)s-(l1 l2)r
fcf
ω
e2
[0106]
g4(s)＝l1l2cf3ωes2 2(l1 l2)r
fcf
ωes (l1 l
2-l1l2cfω
e2
)ωe[0107][0108][0109]
e-2tsas
为lcl滤波器的固有延时，tsa即为电流采样周期；k为主动阻尼系数。
[0110]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行上述的三相逆变器lcl滤波器的主动阻尼共同解耦方法。本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个可以是单片机，芯片等或处理器(processor)执行本技术各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read onlymemory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0111]
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0112]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。