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申请/专利权人：广东工业大学

摘要：本发明公开了基于锁相环及电流环结构优化的并网系统振荡抑制策略，包括以下步骤：S1：对传统锁相环进行结构优化，设计可消除电角度扰动量Δθ的改进锁相环结构；S2：在交流电流环中引入反馈比例环节D和解耦比例积分环节Hcs，设计可改善负阻尼效应的改进交流电流环结构；S3：基于引入所提振荡抑制策略后的控制结构，建立并网变换器的多谐波线性化输出阻抗模型；本发明通过消除电压谐波扰动对电角度影响以及改善负阻尼效应的方式，在电网电压存在谐波扰动时大幅降低并网电流畸变率，从而实现对频率耦合振荡的有效抑制。

主权项：1.基于锁相环及电流环结构优化的并网系统振荡抑制策略，其特征在于，包括以下步骤：S1：对传统锁相环进行结构优化，设计可消除电角度扰动量Δθ的改进锁相环结构；S2：在交流电流环中引入反馈比例环节D和解耦比例积分环节Hcs，设计可改善负阻尼效应的改进交流电流环结构；S3：基于引入所提振荡抑制策略后的控制结构，建立并网变换器的多谐波线性化输出阻抗模型；所述步骤S1中消除电角度扰动量Δθ的改进锁相环结构的具体步骤如下：由于锁相环需要通过控制并网点电压vabc的q轴分量Vq来获得电角度θ，因此当并网点电压vabc存在谐波扰动时，将在锁相环输出的电角度θ中衍生出电角度扰动量Δθ，并通过派克变换该扰动将传递至整个系统控制中；为从根源上消除并网点电压vabc谐波扰动量对锁相环输出电角度θ的影响，提出一种可以消除电角度扰动量Δθ的改进锁相环结构：并网点电压vabc经派克变换转换后，使q轴分量Vq经过锁相环PI控制器Gps得到未消除扰动量的电角速度ωPLL，再将未消除扰动量的电角速度ωPLL减去基频角速度ω1得到此时的电角速度扰动量Δω，随后将未消除扰动量的电角速度ωPLL减去电角速度扰动量Δω，即可确保输出的电角速度ω值恒为基频角速度ω1，消除并网点电压vabc扰动对电角速度ω的影响；再使电角速度ω经过积分环节1s后即可得到电角度θ；采用改进锁相环结构，并网点电压的谐波扰动将不再导致电角度扰动量Δθ的产生，改进锁相环输出电角度θ的频域表达式仅包含基频量θ1[±f1]；并网点电压vabc、并网电流iabc的派克变换过程不再受到电角度扰动量Δθ的影响；多谐波线性化建模的核心是建立谐波扰动量之间的关系，由于采用改进锁相环结构时电角度θ已不再含有谐波扰动量，因此在最终建立的并网变换器多谐波线性化输出阻抗模型中，将不存在与锁相环相关的表达式，消除锁相环不对称结构对频率耦合振荡的影响；所述步骤S2中引入反馈比例环节D和解耦比例积分环节Hcs的改进交流电流环结构的具体步骤如下：为改善频率耦合现象引起的负阻尼效应，降低由频率耦合而引发系统振荡的可能性，在交流电流环中引入两个控制环节：反馈比例环节D和解耦比例积分环节Hcs；以d轴为例，改进的交流电流环控制结构为：并网电流d轴分量Id经过反馈系数1+D后，与并网电流d轴分量参考值Idr经过比较环节得到d轴分量差值ΔId，而后d轴分量差值ΔId经过电流环d轴PI环节Gds得到d轴控制电压Vtd，再将d轴控制电压Vtd与q轴电流耦合项QdIq相减Qd为解耦系数，Iq为并网电流q轴分量得到驱动电压Vsd，驱动电压Vsd再经过引入的解耦比例积分环节Hcs即可得到d轴调制信号Ed；所述步骤S3中基于引入所提振荡抑制策略后的控制结构，建立并网变换器的多谐波线性化输出阻抗模型的具体步骤如下：建模思路：建立并网变换器多谐波线性化输出阻抗模型的核心目标是建立起并网点电压正负序谐波扰动量与并网电流正负序谐波扰动量之间的关系；S3-1：以a相为例，分别对直流电压环和交流电流环进行模块化建模，分别建立起直流母线电压Vdc谐波扰动量、调制信号Ea谐波扰动量与并网点电压va、并网电流ia正负序谐波扰动量的关系表达式；S3-2：由调制环传递函数可得到变换器端口a相输出电压via与直流母线电压Vdc、调制信号Ea三者之间的关系，将步骤S3-1中得到的直流母线电压Vdc谐波扰动量、调制信号Ea谐波扰动量关于并网点电压va、并网电流ia正负序谐波扰动量的表达式代入变换器端口a相输出电压via、直流母线电压Vdc、调制信号Ea三者的频域关系式中，即可得到变换器端口a相输出电压via的谐波扰动量与并网点电压va、并网电流ia正负序谐波扰动量的关系表达式；S3-3：根据主电路拓扑结构可得到变换器端口a相输出电压via、并网点a相电压va、并网a相电流ia三者之间的关系式，将步骤S3-2得到的变换器端口a相输出电压via的谐波扰动量关于并网点电压va、并网电流ia正负序谐波扰动量的表达式代入变换器端口a相输出电压via、并网点a相电压va、并网a相电流ia三者的频域关系式中，即可消去变换器端口a相输出电压via，得到并网点a相电压va的正负序谐波扰动量与并网a相电流ia的正负序谐波扰动量之间的关系，从而建立起并网变换器的多谐波线性化输出阻抗模型[Zcon]2×2： 式1中，Zv11、Zv12、Zv21、Zv22分别代表电压阻抗系数矩阵的子系统一、子系统二、子系统三、子系统四；Zv11、Zv12、Zv21、Zv22的表达式为： 式2中，IL为直流输出电流，s为拉普拉斯算子，Cdc为直流母线电容，Vdc0为直流母线电压给定值，Km为调制系数，E1表示调制信号的基频分量，E1*为E1的共扼值，I1表示并网电流基频相量，I1*为I1的共轭值，Gdcs为直流电压环PI环节；式1中，Zi11、Zi12、Zi21、Zi22分别代表电流阻抗系数矩阵的子系统一、子系统二、子系统三、子系统四；Zi11、Zi12、Zi21、Zi22的表达式为： 式3中，Gqs为电流环q轴PI环节，j为虚数，Lf代表滤波电感，V1代表并网点电压基频相量。

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