CN103997061B - 改善联网光伏逆变***稳定裕量的参数优化调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种改善联网光伏逆变***稳定裕量的参数优化调节方法,其特点是,包括给定一组控制器参数初值,并引入调节倍数系数K,表示调节后的控制器比例常数、积分常数分别为原控制器参数的K倍;依据控制器结构、控制器参数及联网光伏逆变***主电路参数,建立联网光伏逆变***控制器开环传递关函数;将原有控制参数用K倍代入,并绘制相位裕量及增益裕量随K增大的变化曲线;在考虑增益裕量不低于6dB情况下,取相位裕量最大时对应的Kopt作为最优调节倍数系数K值,来完成控制器参数的优化整定等步骤。能够使得调整后的控制器***在满足增益裕量要求的条件下,获取最大相位裕量,从而最大程度上改善联网光伏逆变***的运行控制性能。
Description
技术领域
本发明涉及光伏联网运行控制领域,特别涉及一种改善联网光伏逆变***稳定裕量的参数优化调节方法。
背景技术
光伏发电联网运行是实现太阳能大规模开发利用的重要途径。但由于受资源禀赋的约束,大规模光伏电站多位于电网结构薄弱地区。随着光伏电站容量的增大,所接入电网将呈现弱电网特征。当较大容量的光伏逆变***接入弱电网时,光伏逆变***的控制性能将会恶化。弱电网的典型特征是接入电网阻抗相对于光伏逆变***而言不可忽略,电网阻抗使得光伏逆变控制***的稳定裕量降低,相位裕量不足的问题非常突出,是引起光伏逆变***的控制性能恶化的主要原因,而光伏控制***的稳定裕量不仅与主电路参数有关,还与控制器的参数有关,因此根据接入电网阻抗条件,调整控制器的参数来改善联网光伏逆变***稳定裕量,从而最大程度上改善联网光伏逆变***的运行控制性能,是一种经济而可行的手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善联网光伏逆变***稳定裕量的参数优化调节方法,它能够依据光伏逆变***接入电网条件,实现控制器参数的优化整定,使得调整后的控制器***在满足增益裕量要求的条件下,获取最大相位裕量,从而最大程度上改善联网光伏逆变***的运行控制性能。
实现本发明采用的技术方案是,一种改善联网光伏逆变***稳定裕量的参数优化调节方法,其特征是,它包括以下步骤:
1)给定一组控制器参数初值,并引入调节倍数系数K,表示调节后的控制器比例常数、积分常数分别为原控制器参数的K倍;
2)依据控制器结构、控制器参数及联网光伏逆变***主电路参数,建立联网光伏逆变***控制器开环传递关函数;
3)将原有控制参数用K倍代入,并绘制相位裕量及增益裕量随K增大变化曲线;
4)依据步骤3)中所绘制的曲线,在考虑增益裕量不低于6dB情况下,取相位裕量最大时对应的Kopt作为最优调节倍数系数K值,来完成控制器参数的优化整定;
5)依据光伏逆变***控制结构可建立步骤2)中所述的并网电流Ig(s)与参考电流Igref(s)之间的开环传递函数如公式(1),
式中:C为直流环节滤波电容。L1,L2及Cf分别表示滤波器两等效电感及滤波电容,Rd为滤波电容支路串联阻尼电阻。Kv为电压反馈系数,KPWM为SPWM电压增益系数,KP、KI、Ti分别为PI控制器的比例常数、积分常数和时间常数。沿用II型***PI参数设计,并取中频宽h=Ti/(1.5TS)=5,TS为逆变器控制周期,由于逆变器TS一定,则Ti不变,而KI=KP/Ti,因此,Kp增大时,KI也成比例增大;
对于一个给定的电网阻抗Zg,即Rg和Lg唯一给定,就会得到一个具体的传递函数根据传递函数的幅频特性,由公式(2)和公式(3)确定出控制***的相位裕量γ和增益裕量Kg,
20lgKg=-20lg|G(jωg)H(jωg)|(2)
式中,ωg为相位交界频率,是则对应开环频率特性在剪切频率ωc处的相角;给定一个KP初值,并引入步骤1)中参数K,就可以获取控制***稳定裕量与参数K之间的数量对应的关系。通常要求控制***的相位裕量γ∈[30°,60°],增益裕量Kg∈[6dB,∞]。
本发明的一种改善联网光伏逆变***稳定裕量的参数优化调节方法能够依据光伏逆变***接入电网条件,实现控制器参数的优化整定,使得调整后的控制器***在满足增益裕量要求的条件下,获取最大相位裕量,从而最大程度上改善联网光伏逆变***的运行控制性能。
附图说明
图1为控制***稳定裕量随Zg变化趋势示意图;
图2为控制***稳定裕量随K值变化趋势示意图;
图3为参数不作调整时并网电流波形示意图;
图4为参数不作调整时并网电流谐波(K=1)分布示意图;
图5为参数调整后并网电流波形示意图;
图6为参数调整后并网电流谐波(K=3.8)分布示意图。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明的一种改善联网光伏逆变***稳定裕量的参数优化调节方法进行详细说明。
一种改善联网光伏逆变***稳定裕量的参数优化调节方法,其特征是,它包括以下步骤:
1)给定一组控制器参数初值,并引入调节倍数系数K,表示调节后的控制器比例常数、积分常数分别为原控制器参数的K倍;
2)依据控制器结构、控制器参数及联网光伏逆变***主电路参数,建立联网光伏逆变***控制器开环传递关函数;
3)将原有控制参数用K倍代入,并绘制相位裕量及增益裕量随K增大变化曲线;
4)依据步骤3)中所绘制的曲线,在考虑增益裕量不低于6dB情况下,取相位裕量最大时对应的Kopt作为最优调节倍数系数K值,来完成控制器参数的优化整定;
5)依据光伏逆变***控制结构可建立步骤2)中所述的并网电流Ig(s)与参考电流Igref(s)之间的开环传递函数如公式(1),
式中:C为直流环节滤波电容。L1,L2及Cf分别表示滤波器两等效电感及滤波电容,Rd为滤波电容支路串联阻尼电阻。Kv为电压反馈系数,KPWM为SPWM电压增益系数,KP、KI、Ti分别为PI控制器的比例常数、积分常数和时间常数。沿用II型***PI参数设计,并取中频宽h=Ti/(1.5TS)=5,TS为逆变器控制周期,由于逆变器TS一定,则Ti不变,而KI=KP/Ti,因此,Kp增大时,KI也成比例增大;
对于一个给定的电网阻抗Zg,即Rg和Lg唯一给定,就会得到一个具体的传递函数根据传递函数的幅频特性,由公式(2)和公式(3)确定出控制***的相位裕量γ和增益裕量Kg,
20lgKg=-20lg|G(jωg)H(jωg)|(2)
式中,ωg为相位交界频率,是则对应开环频率特性在剪切频率ωc处的相角;给定一个KP初值,并引入步骤1)中参数K,就可以获取控制***稳定裕量与参数K之间的数量对应的关系。通常要求控制***的相位裕量γ∈[30°,60°],增益裕量Kg∈[6dB,∞]。
参照图1和图2,以接入电网的阻抗条件Lg=0.33mH为例,本发明的一种改善联网光伏逆变***稳定裕量的参数优化调节方法的步骤为:
(1)给定一组控制器参数初值,并引入调节倍数系数K,表示调节后的控制器比例常数、积分常数分别为原控制器参数的K倍;
(2)依据控制器结构、控制器参数及联网光伏逆变***主电路参数,建立联网光伏逆变***控制器开环传递关函数;
(3)将原有控制参数用K倍代入,并绘制相位裕量及增益裕量随K增大变化曲线;
(4)依据步骤(3)中所绘制的曲线,在考虑增益裕量不低于6dB情况下,取相位裕量最大时对应的Kopt作为最优调节倍数系数K值,来完成控制器参数的优化整定。
PI控制器参数初值取KP=0.14,KI=61.67S-1,得到相位裕量,增益裕量随调节系数K增大的变化曲线如图2所示。
从图中可见,相位裕量随调节系数K值增大呈现先增大后减小的趋势,存在最大值点,对应的最优Kopt取值为3.8,此时对应相位裕量最大42度,增益裕量为17.6dB满足裕量要求。相位裕量与优化前相位裕量30度相比增加12度。
从图3和图4,在极弱电网条件下,Lg=0.33mH时,如果控制器参数不进行调整,光伏逆变***接入电网运行面临控制器稳定裕量不足,控制性能恶化的问题,仿真结果显示此时并网电流谐波畸变率THD=6.11%。
图5和图6,针对弱电网条件进行参数优化调整后,并网电流波形质量得到明显改善,THD降至2.14%。
以上分析结果表明弱电网下对控制器参数调整的必要性,也验证了本发明的改善联网光伏逆变***稳定裕量的参数优化调节方法的有效性。
Claims (1)
1.一种改善联网光伏逆变***稳定裕量的参数优化调节方法,其特征是,它包括以下步骤:
1)给定一组控制器参数初值,并引入调节倍数系数K,表示调节后的控制器比例常数、积分常数分别为原控制器参数的K倍;
2)依据控制器结构、控制器参数及联网光伏逆变***主电路参数,建立联网光伏逆变***控制器开环传递函数;
3)将原有控制参数用K倍代入,并绘制相位裕量及增益裕量随K增大变化曲线;
4)依据步骤3)中所绘制的曲线,在考虑增益裕量不低于6dB情况下,取相位裕量最大时对应的Kopt作为最优调节倍数系数K值,来完成控制器参数的优化整定;
5)依据步骤2)建立并网电流Ig(s)与参考电流Igref(s)之间的开环传递函数,其表达式为公式(1),
式中:C为直流环节滤波电容,L1,L2及Cf分别表示滤波器两等效电感及滤波电容,Rd为滤波电容支路串联阻尼电阻,Kv为电压反馈系数,KPWM为SPWM电压增益系数,KP、KI、Ti分别为PI控制器的比例常数、积分常数和时间常数,沿用II型***PI参数设计,并取中频宽h=Ti/(1.5TS)=5,TS为逆变器控制周期,由于逆变器TS一定,则Ti不变,而KI=KP/Ti,因此,Kp增大时,KI也成比例增大;
对于一个给定的电网阻抗Zg,即Rg和Lg唯一给定,就会得到一个具体的传递函数根据传递函数的幅频特性,由公式(2)和公式(3)确定出控制***的相位裕量γ和增益裕量Kg,
20lgKg=-20lg|G(jωg)H(jωg)|(2)
式中,ωg为相位交界频率,是则对应开环频率特性在剪切频率ωc处的相角;给定一个KP初值,并引入步骤1)中参数K,获取控制***稳定裕量与参数K之间的数量对应的关系,且要求控制***的相位裕量γ∈[30°,60°],增益裕量Kg∈[6dB,∞]。
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