一種基于IPC-GCFAD的并網逆變器中高頻段振蕩抑制實現方法

本發明涉及電力電子技術功率變換器性能，特別涉及一種基于ipc-gcfad的并網逆變器中高頻段振蕩抑制實現方法。

背景技術：

1、伴隨著新能源滲透率不斷提升，并網逆變器所面臨的寬頻帶振蕩風險及其潛在影響區域也呈現出擴大的趨勢。這類源自并網逆變器與電網相互作用的寬頻帶振蕩現象，已成為新能源電力系統維持安全運營的重大隱患。輕微情況下可能導致電力電子設備遭受損害；嚴重狀況下則可能導致新能源發電單元的大面積脫網故障、系統整體運行受阻，乃至部分電網區域被迫解列。對并網逆變器與電網相互作用的穩定性及振蕩抑制策略進行分析和研究，將有助于確保逆變器并網的安全與穩定，推動新能源發電系統的發展。

2、并網逆變器中高頻段阻抗特性受濾波器和延時影響易呈現負阻尼特性，當并網逆變器阻抗與電網阻抗動態交互在該頻段時，系統易因穩定裕度不足產生振蕩問題。目前現有技術中也有通過在系統中添加額外的阻尼補償環節，來達到優化并網逆變器阻抗特性的目標。其中采用電網電流反饋(gcfad)的方式，因不需要引入額外的高精度傳感器，更適合用于工程領域。gcfad能夠為中高頻段阻抗特性提供虛擬正電阻，但其存在一個關鍵閾值——虛擬電阻臨界頻率。如果系統的實際諧振頻率超過這個臨界頻率，原本提供的虛擬正電阻就會轉變為負電阻，系統將會因為缺乏有效的阻尼作用而難以保持穩定狀態。

3、基于此，提出本發明。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種基于ipc-gcfad(改進相位補償的電網電流反饋回路)的并網逆變器中高頻段振蕩抑制實現方法，擴大gcfad為系統提供的虛擬正電阻區間，保障有源阻尼在阻抗寬范圍變化時能始終提供虛擬正電阻，提高阻抗交互在中高頻段時的系統穩定性，抑制系統中高頻段易存在的振蕩問題。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、一種基于ipc-gcfad的并網逆變器中高頻段振蕩抑制實現方法，包括：

4、s100在電網電流反饋回路(gcfad)中加入改進的相位超前補償器；

5、s200得到改進相位補償的電網電流反饋回路(ipc-gcfad)；

6、s300對改進相位補償的電網電流反饋回路(ipc-gcfad)進行等效變換；

7、s400建立存在電網阻抗的基于改進相位補償的電網電流反饋回路(ipc-gcfad)的并網電流數學模型；

8、s500根據并網電流數學模型對改進相位補償的電網電流反饋回路(ipc-gcfad)中的有源阻尼回路進行控制策略參數設計；

9、s600設計電流控制器參數。

10、本發明優選的，所述改進的相位超前補償器采用改進的一階相位超前補償器；其中一階相位超前補償器gp(s)，表達式為：

11、

12、式中ts為采樣周期，s為；

13、改進的一階相位超前補償器的傳遞函數gipc(s)，表達式為：

14、

15、式中m為。

16、本發明優選的，所述改進相位補償的電網電流反饋回路(ipc-gcfad)gipcad(s)，函數表達式為：

17、

18、其中kad為增益，ωad為截止角頻率。

19、本發明優選的，所述步驟s500根據并網電流數學模型對改進相位補償的電網電流反饋回路(ipc-gcfad)中的有源阻尼回路進行控制策略參數設計具體包括：根據并網電流數學模型建立有源阻尼回路閉環傳遞函數、有源阻尼回路特征方程和期望有源阻尼回路特征方程，設計并確定期望有源阻尼回路特征方程的各個參數，得以完成改進相位補償的電網電流反饋回路(ipc-gcfad)中的有源阻尼回路進行控制策略參數設計。

20、本發明優選的，所述設計并確定期望有源阻尼回路特征方程的各個參數中，確定關鍵的參數y，y為復平面上實數極點同共軛極點距虛軸距離的比值，參數y根據改進相位補償的電網電流反饋回路中高通濾波器的轉折頻率而確定y＝2。

21、與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點：

22、(1)本發明在gcfad反饋回路的基礎上，加入改進的相位超前補償器，不僅能夠有效減少系統因延時環節導致的相位滯后，進而可以擴大gcfad為系統提供的虛擬正電阻區間，保障有源阻尼在阻抗寬范圍變化時能始終提供虛擬正電阻，提高阻抗交互在中高頻段時的系統穩定性，抑制系統中高頻段易存在的振蕩問題。

23、(2)本發明采用改進的一階相位超前補償器，可以降低設計系統控制參數的難度，還能避免噪聲干擾。

技術特征：

1.一種基于ipc-gcfad的并網逆變器中高頻段振蕩抑制實現方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的基于ipc-gcfad的并網逆變器中高頻段振蕩抑制實現方法，其特征在于，所述改進的相位超前補償器采用改進的一階相位超前補償器；其中一階相位超前補償器gp(s)，表達式為：

3.根據權利要求1所述的基于ipc-gcfad的并網逆變器中高頻段振蕩抑制實現方法，其特征在于，所述改進相位補償的電網電流反饋回路(ipc-gcfad)gipcad(s)，函數表達式為：

4.根據權利要求1所述的基于ipc-gcfad的并網逆變器中高頻段振蕩抑制實現方法，其特征在于，所述并網電流數學模型采用如下：計算目標參考電流與實際電流的誤差，通過電流控制器對該誤差進行控制，生成電流控制信號，再通過補償網絡調節電流控制信號，然后通過pwm放大器放大電流控制信號以驅動逆變器開關，接著依次通過濾波電感、濾波電容、并網電感和電網阻抗的總容抗后，利用反饋回路將實際并網電流反饋回去與參考電流目標參考電流比較，形成閉環控制，期間改進的一階相位超前補償器將補償后的信號加入反饋回路中。

5.根據權利要求1所述的基于ipc-gcfad的并網逆變器中高頻段振蕩抑制實現方法，其特征在于，所述步驟s500根據并網電流數學模型對改進相位補償的電網電流反饋回路(ipc-gcfad)中的有源阻尼回路進行控制策略參數設計具體包括：根據并網電流數學模型建立有源阻尼回路閉環傳遞函數、有源阻尼回路特征方程和期望有源阻尼回路特征方程，設計并確定期望有源阻尼回路特征方程的各個參數，得以完成改進相位補償的電網電流反饋回路(ipc-gcfad)中的有源阻尼回路進行控制策略參數設計。

6.根據權利要求5所述的基于ipc-gcfad的并網逆變器中高頻段振蕩抑制實現方法，其特征在于，所述設計并確定期望有源阻尼回路特征方程的各個參數中，確定關鍵的參數y，y為復平面上實數極點同共軛極點距虛軸距離的比值，參數y根據改進相位補償的電網電流反饋回路中高通濾波器的轉折頻率而確定y＝2。

技術總結
本發明提供了一種基于IPC?GCFAD的并網逆變器中高頻段振蕩抑制實現方法，涉及電力電子技術功率變換器性能技術領域，通過在GCFAD反饋回路的基礎上，加入改進的相位超前補償器，不僅能夠有效減少系統因延時環節導致的相位滯后，進而可以擴大GCFAD為系統提供的虛擬正電阻區間，保障有源阻尼在阻抗寬范圍變化時能始終提供虛擬正電阻，提高阻抗交互在中高頻段時的系統穩定性，抑制系統中高頻段易存在的振蕩問題。

技術研發人員：黃松濤,黃昱愷,任子傲,葉杰,徐金榜,沈安文
受保護的技術使用者：華中科技大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21