郭惠蕓 江曉玲

摘要：為了提高配網側并網逆變器建模的穩(wěn)定性，提出基于耦合特性建模的配網側并網逆變器采樣模型預測控制方法。以頻率耦合特征、電流響應分量、并網逆變器的頻率特征分量等為約束參量，構建配網側并網逆變器采樣的控制約束參量模型。在產生同頻率的擾動電流分量的條件下，進行配網側并網逆變器的輸出穩(wěn)定性調節(jié)，計算逆變器的諧振角頻率，通過逆變器諧振頻率特征分析方法進行側電感電流預測控制。根據配網側并網逆變器的耦合特性進行電流阻尼特征分解，實現配網側并網逆變器采樣模型預測控制。仿真結果表明，所提方法的預測控制輸出穩(wěn)定性較好，能夠使逆變器在諧振條件下保持穩(wěn)定狀態(tài)，提高了配網側并網逆變器的穩(wěn)定控制能力。

關鍵詞：配網側并網逆變器，采樣模型，預測控制，擾動

中圖分類號：TM743?文獻標志碼：A?文章編號：2095-5383（2020）01-0001-04

Abstract：To improve the modeling stability of grid-connected inverter on the grid side，a predictive control method of sampling model for grid-connected inverter on the grid-side based on coupling characteristic modeling was proposed.?Taking the frequency coupling characteristics，current response components and frequency characteristic components of grid-connected inverter as constraint parameters，the control constraint parameter model for sampling of grid-connected inverter on the grid-side was constructed.?Under the condition of generating the disturbance current component of the same frequency，the output stability of the grid-connected inverter on the grid-side was adjusted，the resonance angle frequency of the inverter was calculated，and the side inductance current predictive control was carried out by analyzing the resonant frequency characteristics of the inverter.?According to the coupling characteristics of grid-connected inverter on the grid，the current damping characteristics were decomposed，and the predictive control of sampling model for the grid-connected inverter on the grid side was realized.?The simulation results show that the predictive control output stability of the proposed method is good，which can keep the inverter stable under the condition of resonance，and improve the stable control ability of the grid-connected inverter on the grid side.

Keywords：grid-connected inverter on the grid-side，sampling model，predictive control，disturbance

在新能源電網大規(guī)模接入的情況下，需要采用配網側并網逆變器作為傳輸接口，進行電平轉換設計和多電平換流控制。配網側并網逆變器等電力電子裝置在電網中進行電力輸出控制時，容易受到相序正弦電壓擾動的影響，導致其解耦控制性能不好，需要對其進行采樣模型預測控制[1]。建立配網側并網逆變器的輸出穩(wěn)定性預測模型，根據其單入多出特性進行穩(wěn)定性判決分析，提高其自適應控制能力。研究配網側并網逆變器采樣模型的預測控制方法，在優(yōu)化配網側并網逆變器的設計、提高電網的穩(wěn)定性方面具有重要意義[2]。

對配網側并網逆變器采樣模型預測控制問題是建立在對直流側和交流側的阻抗解析模型分析基礎上，根據并網逆變器的阻抗解析特征分析，進行電壓擾動控制和耦合特征分析[3]，建立電壓擾動分量和電流響應分量的約束關系模型，實現配網側并網逆變器采樣模型預測控制。但傳統(tǒng)方法進行配網側并網逆變器采樣模型預測控制的模糊度較大，正負序之間的轉換控制能力不好。針對此類問題，提出基于耦合特性建模的配網側并網逆變器采樣模型預測控制方法。分析仿真實驗結果可知，本文方法在提高配網側并網逆變器采樣模型預測控制能力方面具有優(yōu)越性能。

1?控制約束參量分析及配網側并網逆變器輸出穩(wěn)定性調節(jié)

1.1?控制約束參量分析

為了實現配網側并網逆變器采樣模型預測控制，首先構建其控制約束參量模型[4]，給出其系統(tǒng)結構模型，如圖1所示。

以頻率耦合特征、電流響應分量、并網逆變器的頻率特征分量等為約束參量，構建配網側并網逆變器采樣的控制約束參量模型[5]，得到并網逆變器采樣模型預測控制的暫態(tài)穩(wěn)定性條件描述為：

1）配網側并網逆變器的鎖相環(huán)、直流母線具有不對稱性，導致電壓輸出耦合，整流電流為正弦，配網側并網逆變器的輸出電流在θ/ω0時刻為0，即：

2）在單一頻率耦合條件下，為了配網側并網逆變器的輸出暫態(tài)穩(wěn)定性，需要進行配網側并網逆變器的頻率耦合控制，電流平均值等于負載電流：

3）根據穩(wěn)定性判斷結果，進行配網側并網逆變器的輸出穩(wěn)定性調節(jié)，電壓vi與次級側線圈輸出電壓之間具有差異性，得到各個單一影響因素下的并網逆變器的頻率耦合特征量滿足：

根據上述條件，忽略頻率耦合特性及其對穩(wěn)定性的影響，分析配網側并網逆變器的磁密繞組的正弦分布模型，建立逆變器頻率耦合特性的解析模型，進行輸出暫態(tài)耦合性控制，提高逆變器采樣模型的穩(wěn)定性[6]。

1.2?配網側并網逆變器輸出穩(wěn)定性調節(jié)

根據直流電壓環(huán)的輸出，進行配網側并網逆變器輸出穩(wěn)定性調節(jié)[7]，假設其頻率耦合特征分量為μr1和μr2，分析電壓擾動與電流響應分量，在諧振點附近，相序域到dq域的矢量變換為：

此時配網側并網逆變器輸出的正序分量等價于頻率為f的負序分量，得到暫態(tài)信號等價于兩組d軸、q軸的同頻率分量，得到計算結果分別為：

輸出旋轉矢量的角頻率滿足：

對以上方程進行聯立求解，即可得到直流電壓環(huán)配網側并網逆變器的輸出電流和輸出電壓為：

在產生同頻率的擾動電流分量的條件下進行配網側并網逆變器的輸出穩(wěn)定性調節(jié)，計算逆變器的諧振角頻率，進行配網側并網逆變器采樣模型的輸出穩(wěn)定性調節(jié)和自適應控制[8]。

2?逆變器采樣模型預測控制優(yōu)化

2.1?耦合特性建模

在構建配網側并網逆變器采樣的控制約束參量模型，并在產生同頻率的擾動電流分量的條件下進行配網側并網逆變器的輸出穩(wěn)定性調節(jié)，本文提出基于耦合特性建模的配網側并網逆變器采樣模型預測控制方法[9]，進行電壓及電流的耦合關系分析，得到相序域到dq域的矢量變換關系為：

在電壓擾動的正負序轉換算方程為：

根據逆變器輸入和輸出的電壓分布，進行配網側并網逆變器的輸出穩(wěn)定性調節(jié)[11]，得到輸出狀態(tài)方程為：

2.2?側電感電流預測控

通過逆變器諧振頻率特征分析方法進行側電感電流預測控制，根據其耦合特性進行電流阻尼特征分解，逆變器濾波前輸出諧波電壓為：

建立交流側電路模型，得到諧波電流為：

3?仿真實驗與結果分析

為驗證本方法的性能，進行實驗分析。設定諧波畸變率為0.54，逆變器輸入電壓為400 V，載波頻率為10 kHz，電網電壓為220 V，直流電壓控制器的傳遞系數為1.25，其他參數值設定如表1所示。

根據上述仿真環(huán)境和參數設定，進行配網側并網逆變器采樣模型預測控制，得到輸出電流如圖2所示。

由圖2可知，采用本方法進行配網側并網逆變器采樣模型預測的輸出電流穩(wěn)定性較好，測試該采樣模型的輸出預測控制，得到耦合特性曲線和簡化模型輸出如圖3所示。

由圖3可知，采用該方法進行配網側并網逆變器采樣模型預測控制的輸出穩(wěn)定性較好，能夠使逆變器在其諧振條件下皆能保持穩(wěn)定狀態(tài)，提高了配網側并網逆變器的穩(wěn)定控制能力。

4?結語

對配網側并網逆變器的進行采樣模型預測控制，建立配網側并網逆變器的輸出穩(wěn)定性預測模型，根據配網側并網逆變器的單入多出特性進行穩(wěn)定性判決分析，提高配網側并網逆變器的自適應控制能力。研究得知，采用本方法進行配網側并網逆變器采樣模型預測控制的輸出穩(wěn)定性較好，能夠使逆變器在其諧振條件下皆能保持穩(wěn)定狀態(tài)，提高了配網側并網逆變器的穩(wěn)定控制能力。參考文獻：

[1]張孝乾.含風電場的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性研究[J].電工技術，2018（24）：111-114.

[2]薛世偉，賈清泉，蘇亞超，等.?組串式光伏發(fā)電系統(tǒng)直流側可變拓撲及多目標控制策略[J].?中國電機工程學報，2019，39（7）：1968-1975.

[3]章寶歌，田銘興.?新型磁控電抗器特性諧波研究[J].電源學報，2018，16（3）：168-172.

[4]胡維慶.基于模糊自適應控制的數字電源設計與實現[J].電子器件，2018，41（1）：195-200.

[5]張旸，陳新，王昀，等.弱電網下并網逆變器的阻抗相角動態(tài)控制方法[J].電工技術學報，2017，32（1）：97-106.

[6]WEN B，DONG D，BOROYEVICH D，et al.?Impedance-based analysis of grid-synchronization stability for three-phase paralleled converters[J].?IEEE Transactions on Power Electronics，2016，31（1）：26-38.

[7]WEN B，BOROYEVICH D，BURGOS R，et al.?Analysis of D-Q small-signal impedanceof grid-tied inverters[J].?IEEE Transactions on Power Electronics，2016，31（1）：675-687.

[8]伍文華，陳燕東，羅安，等.?海島VSC-HVDC輸電系統(tǒng)直流阻抗建模、振蕩分析與抑制方法[J].?中國電機工程學報，2018，38（15）：4359-4368.

[9]李萬磊，陳天星，劉善邦，等.?基于數據處理一體化的輸變電工程標準測量系統(tǒng)構建[J].?電子設計工程，2018，26（20）：133-136.

[10]李賓皚，高巖，王曉波，等.?“互聯網+”技術在輸變電工程管理中的研究與應用[J].?電氣技術，2018，19（7）：87-92.

[11]蔣宇，單鴻濤，施一萍，等.?基于Fuzzy-AHP的輸變電工程評價系統(tǒng)設計[J].?電力科學與工程，2018，34（6）：30-36.