一種三相并網系統lcl濾波器參數設計的方法
【技術領域】
[0001] 發明屬于系統穩定性分析領域，尤其設及一種S相并網系統IXL濾波器參數設計 的方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著環境污染的加劇，化石能源問題的緊缺，可再生能源的開發和利用受 到越來越多的國家的關注，分布式發電系統由于具有初期假設投資低、發電方式靈活等特 點而成為一種巨大發展市場的新能源綜合利用方式。并網變流器作為分布式發電系統與電 網公共接入點之間的能量接口單元，是分布式發電系統中極其重要的組成部分。
[0003] 由于并網變流器通常采用高頻PWM技術，并網電流中會含有高次諧波，故需要采 用濾波器濾除該諧波噪聲。采用LCL濾波器不僅可W獲得較好的濾波效果，同時可W降低 成本，提高系統動態響應速度，但由于IXL濾波器是一個=階系統，在諧振頻率處幅頻特性 曲線上會存在諧振尖峰，相頻特性曲線上會有-180°的相角突變，運會造成系統振蕩甚至 不穩定。為了抑制諧振的危害，需要對諧振尖峰進行阻尼控制，傳統的方法有：1)、無源阻尼 方案是通過增加無源阻尼電阻來改變系統矩陣，增加系統阻尼，抑制諧振尖峰，但是該方法 會增加系統損耗，降低系統效率。2)、有源阻尼方案是檢測其他狀態變量引入多環反饋控制 系統，從而增加系統阻尼，該方法需要額外的傳感器，增加成本，同時多環反饋參數設計復 雜。
[0004] IXL濾波器各個參數之間聯系緊密，對系統的濾波效果、諧振頻率取值、電流衰減 比等重要參數都會產生一定的影響，同時，在設計的過程中，需要綜合考慮的限制條件也 很多，如成本、體積、效率、損耗、無功交換等等，故IXL濾波器的參數設計復雜。傳統設計方 法均是在未考慮系統穩定條件下來設計的IXL濾波器參數，設計完成W后采用無源阻尼或 者有源阻尼穩定性控制方案來提高系統的穩定性。
【發明內容】
陽0化]本發明的目的是提供一種S相并網系統IXL濾波器參數設計的方法，解決現有技 術中存在的上述問題。
[0006] 本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種S相并網系統IXL濾波器參數設 計的方法，所述方法包括W下步驟：
[0007] 建立系統的離散數字域下的數學模型；
[0008] 根據所述數學模型獲取離散系統的零極點位置與諧振控制頻率的比值關系；
[0009] 根據系統伯德圖W及頻域穩定判據選取系統諧振頻率的取值范圍；
[0010] 根據所述比值關系和所述取值范圍確定IXL濾波器的參數。
[0011] 進一步，所述建立系統的離散數字域下的數學模型的步驟，包括：
[0012]根據W下算式計算系統的開環傳遞函數：
[001引取系統諧振頻率與采樣頻率的比例因子為k，即：
[0020] 則上面系統的離散開環傳遞函數可W簡化為下式：
[0025] L表示變流器側濾波電感；Lg表示電網側濾波電感；Cf表示濾波電容；r表示逆變 器側實際電感模型上的等效阻尼電阻；r,表示電網側實際電感模型上的等效串聯電阻W及 并網線路上的電阻；C+表示正直流母線電容；C表示負直流母線電容，KP、Ti分別是PI調節 器的比例增益和積分時間常數，L表示離散系統的采樣周期。
[00%] 進一步，所述根據所述比值關系對系統進行無阻尼穩定性分析的步驟，包括：
[0027] 當k= 0. 1時，隨著系統開環增益Kp的增大，根軌跡的部分分支從單位圓處趨向 于無窮大，根軌跡位于單位圓之外，系統不存在穩定的區間；
[0028] 當k = 0. 25時，隨著開環增益Kp的增大，系統的根軌跡部分分支有位于單位圓之 內，系統存在穩定的可能性；
[0029] 當k= 0. 4時，根軌跡曲線位于單位圓之內，隨著Kp的增加根軌跡遠離單位圓；
[0030] 即隨著k的增加，系統可W從不穩定而過渡到條件穩定。
[0031] 進一步，所述根據系統伯德圖W及頻域穩定判據選取系統諧振頻率的取值范圍的 步驟，包括：
[0032] 由開環傳遞函數可W得到系統的幅頻特性表達式如下式所示：
[0034] 所述相頻特性表達式如下式所示：
[0036] 由頻率響應表達式得到系統的穿越-180°的相角穿越頻率，令Gk(jCO)的虛部為 0,得到系統的相角穿越頻率《。，如下式所示：
[0038]根據上面離散系統伯德圖穩定性分析得到系統穩定的條件如下式：
[0040] 得到系統穩定的參數取值范圍如下式所示：
[00創其中，Kp,。。康示電流內環系統根據最佳阻尼比工程方法求得的PI調節器最佳比 例增益，且Kp,Wt=化+Lg)/3L; 陽043] 取系統的諧振頻率與開關頻率之比為n，則：
[0045] 根據上式可W得到系統穩定的諧振頻率與開關頻率系數的約束條件如下式所 示：
[0047] 進一步，系統的采樣頻率為開關頻率的2倍，即f,= 2fS。。
[0048] 進一步，諧振頻率小于0. 5倍的開關頻率。
[0049] 在本發明實施例中，通過建立系統的離散數字域下的數學模型；并根據所述數學 模型獲取離散系統的零極點位置與諧振控制頻率的比值關系；然后根據系統伯德圖W及頻 域穩定判據選取系統諧振頻率的取值范圍；最終根據所述比值關系和所述取值范圍確定 IXL濾波器的參數。降低了IXL濾波器的參數設計復雜的程度，同時在考慮系統穩定條件 下來設計的IXL濾波器參數大幅提高系統的穩定性。
【附圖說明】
[0050] 圖1是本發明實施例提供的=相并網系統無阻尼穩定性分析的方法的流程圖；
[0051] 圖2是本發明實施例基于IXL濾波的S相并網變流器物理拓撲結構；
[0052] 圖3是本發明實施例=相并網變流器系統結構控制框圖；
[0053] 圖4是本發明實施例不同k值下系統離散域開環傳遞函數根軌跡曲線圖；
[0054] 圖5是本發明實施例不同延時時間下系統的伯德圖；
[0055] 圖6是本發明實施例電流衰減率與前后電感分割率X的關系曲線圖。
【具體實施方式】
[0056] W下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并 非用于限定本發明的范圍。
[0057] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0058] W下結合具體實施例對本發明的具體實現進行詳細描述：
[0059] 圖1示出了本發明實施例提供的=相并網系統無阻尼穩定性分析的方法的流程， 為了便于說明，僅列出與本發明實施例相關的部分，詳述如下：
[0060] 本發明實施例提供的=相并網系統無阻尼穩定性分析的方法，包括W下步驟：
[0061] 步驟S10,建立系統的離散數字域下的數學模型；
[0062] 步驟S20,根據所述數學模型獲取離散系統的零極點位置與諧振控制頻率的比值 關系；
[0063] 步驟S30,根據系統伯德圖W及頻域穩定判據選取系統諧振頻率的取值范圍；
[0064] 步驟S40,根據所述比值關系和所述取值范圍確定IXL濾波器的參數。 陽0化]如圖2-6,作為本發明一優選實施例，根據系統開環離散域傳遞函數的根軌跡分析 系統無阻尼穩定的可能性。建立系統的離散數字域下的數學模型，畫出離散系統的控制結 構框圖如附圖3所示，電流內環系統采用PI調節器控制，具體地，步驟SlO的實現方式為：
[0066] 根據W下算式計算系統的開環傳遞函數：
[0072] 取系統諧振頻率與采樣頻率的比例因子為k，即：
[0074] 則上面系統的離散開環傳遞函數可W簡化為下式：
陽076] 其中：
[0079] Ti-Te是=相變流器的功率開關管；L表示變流器側濾波電感；Lg表示電網側濾波 電感；Cf表示濾波電容；r表示逆變器側實際電感模型上的等效阻尼電阻；r,表示電網側實 際電感模型上的等效串聯電阻W及并網線路上的電阻；C+表示正直流母線電容；C表示負 直流母線電容，Kp、Ti分別是PI調節器的比例增益和積分時間常數，Tg表示離散系統的采樣 周期。
[0080] 作為本發明優選實施例，步驟S30中對系統進行無阻尼穩定性分析的實現方式具 體為：
[0081] 當k = 0. 1時，隨著系統開環增益Kp的增大，根軌跡的部分分支從單位圓處趨向 于無窮大，根軌跡位于單位圓之外，系統不存在穩定的區間；
[0082] 當k = 0. 25時，隨著開環增益Kp的增大，系統的根軌跡部分分支有位于單位圓之 內，系統存在穩定的可能性；
[0083] 當k = 0. 4時，根軌跡曲線位于單位圓之內，隨著Kp的增加根軌跡遠離單位圓；
[0084] 即隨著k的增加，系統可W從不穩定而過渡到條件穩定。
[00化]對于實際的變流器控制系統，若將采樣頻率固定，則諧振頻率可W看成為一變參 數。由開環傳遞函數可W知道，離散系統的零極點位置只與諧振控制頻率之比k值有關，其 他系數只影響開環傳遞函數的增益。
[0086] 在本發明實施例中，利用系統Bode圖（伯德圖）結合頻域穩定判據優化選取系統 諧振頻率的取值范圍。從上面系統的根軌跡曲線可W知道，對于網側電流反饋控制系統，由 于數字控制中采樣保持和一拍滯后的作用，優化選取諧振控制頻率之比k值，電流內環控 制系統是條件穩定的。基于頻率特性分析方法可W得到系統穩定條