大型并网光伏电站并网逆变器的控制方法

摘要

本发明是一种大型并网光伏电站并网逆变器的控制方法，其特点是，它包括以下步骤：建立d-q坐标系下并网逆变器模型；采用状态反馈精确线性化非线性控制策略，实现有功、无功功率解耦控制；利用级联PI调节消除由系统参数估计不准确而产生的静态控制误差。利用本发明的方法对大型并网光伏电站并网逆变器进行建模及并网动态分析，充分反应此控制方法在考虑不同功率因数、光照强度以及故障等情况下的有效性；与以往的控制方法相比，控制方法科学，参数调节简单，能够消除静态误差，并具有较好的动态特性和较强的鲁棒性，具有适应性强，实际应用价值高等优点。

主权项

一种大型并网光伏电站并网逆变器的控制方法，其特征是，它包括以下步骤：1)建立d‑q坐标系下并网逆变器模型：基于d‑q坐标下并网逆变器耦合非线性微分方程为 di d dt di q dt = - R L ω km L cos δ - ω - R L km L sin δ i d i q u dc - u sd L 0 - - - ( 1 ) 其中：usd为并网逆变器网侧相电压d轴分量，udc为光伏阵列与并网逆变器接口处直流电压，id，iq分别为并网逆变器网侧相电流d轴分量和q轴分量，L和R分别为并网逆变器网侧滤波电抗器等效电感和控制系统等效电阻，k为Park坐标变换的变换系数，m为SPWM逆变器的调制比，其值等于逆变器输出交流基波相电压幅值与直流侧电压的比值，δ为系统相电压与逆变器输出相电压基波分量相角差；2)采用状态反馈精确线性化非线性控制策略，实现有功、无功功率解耦控制；(1)d‑q坐标下并网逆变器耦合非线性微分方程改写为两阶仿射非线性模型 x · = f ( x ) + g 1 ( x ) u 1 + g 2 ( x ) u 2 y = y 1 y 2 = h 1 ( x ) h 2 ( x ) = x 1 x 2 - - - ( 2 ) 式中： f ( x ) = - R L x 1 + ωx 2 - u sd L - ωx 1 - R L x 2 , g 1 ( x ) = ku dc L 0 , g 2 ( x ) = 0 ku dc L 其中：x＝[x1，x2]T＝[id，iq]T为状态向量，u＝[u1，u2]＝[mcosδ，msinδ]为输入向量，y＝[y1，y2]T＝[id，iq]T为输出向量；(2)状态反馈精确线性化条件条件1 g 1 ( x ) g 2 ( x ) ad f g 1 ( x ) ad f g 2 ( x ) = ku dc L 0 kRu dc L 2 - kωu dc L 0 ku dc L kωu dc L kRu dc L 2 - - - ( 3 ) 当逆变器在某个稳定点x0运行时，其直流电压udc≠0，对于在x0附件的所有x，其秩不变且等于系统的阶数，条件2当系统的阶数等于2时，向量场D＝[g1(x) g2(x) adfg1(x) adfg2(x)]是对合的，因此，此2阶仿射非线性模型可实现反馈精确线性化；3)实现有功、无功功率解耦控制：根据非线性系统反馈线性化基本理论，通过坐标变换得到线性系统表达式并实现解耦控制 z · 1 = v 1 z · 2 = v 2 y ′ = z 1 z 2 - - - ( 4 ) 其中：v1和v2为线性系统反馈控制变量，y′＝[z1，z2]T为新输出向量，根据(2)式和(4)式对原非线性系统的反馈控制量进行求解 U = u 1 u 2 = m cos δ m sin δ = - Rx 1 + ωx 2 L - v 1 L + u sd ku dc - ωx 1 L - Rx 2 - v 2 L ku dc - - - ( 5 ) 基于(4)式的线性系统，实现id和iq对参考值idref和iqref快速跟踪，采用比例环节 v 1 = k 1 ( z 1 ref - z 1 ) = k 1 ( i dref - i d ) v 2 = k 2 ( z 2 ref - z 2 ) = k 2 ( i qref - i q ) - - - ( 6 ) 其中：k1和k2分别为比例环节id和iq跟踪的比例系数；4)利用级联PI调节消除由系统参数估计不准确而产生的静态控制误差：在实际装置的控制中，杂散电感相对连接电感L的值较小可以忽略，但R的值不易确定，它是等效损耗电阻，其值随装置运行点的变化而变化，电阻R误差产生的阶跃响应控制静态误差为 e = ΔR / L k 1,2 + ΔR / L - - - ( 7 ) 级联PI调节是通过调节idref和iqref使得参考值偏离原有设定目标，但是控制器实际输出的id和iq与原有设定目标吻合，在实际意义上消除了系统静态误差，具体实现如下 v 1 = k 1 { [ k 1 p ( i dref - i d ) + k 1 i s ( i dref - i d ) + i dref ] - i d } v 2 = k 2 { [ k 2 p ( i qref - i q ) + k 2 i s ( i qref - i q ) + i qref ] - i q } - - - ( 8 ) 其中：k1p和k1i为d轴级联PI调节参数，k2p和j2i为q轴级联PI调节参数。