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专利号: 2021108990762
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种弱电网条件下的并网变流器控制环路稳定判据,所述并网变流器的控制环路包括电流控制环和锁相环,其特征在于,步骤如下:步骤1,通过采样得到并网变流器的输出电流Ig和并网变流器的输出电压Ug,并分别给出并网变流器电网阻抗环节G1(s)的表达式、并网变流器锁相环闭环传递函数G2(s)的表达式和并网变流器不考虑锁相环影响的电流控制环闭环传递函数G3(s)的表达式;

并网变流器电网阻抗环节G1(s)的表达式如下:

其中,s为拉普拉斯算子,Lgrid为电网阻抗电感分量,Rgrid为电网阻抗电阻分量;

并网变流器锁相环闭环传递函数G2(s)的表达式如下:

其中,ξ为锁相环的阻尼比,ωpll为锁相环的控制带宽;

并网变流器不考虑锁相环影响的电流控制环闭环传递函数G3(s)的表达式G3(s)如下:其中,GCL为电流控制环比例及积分环节传递函数,Gmain为并网变流器滤波环节传递函数;

步骤2,给出并网变流器考虑锁相环影响的电流控制环开环传递函数GIL(s)的表达式;

步骤3,给出并网变流器电网阻抗部分和锁相环的组合传递函数Gpll_grid(s)的表达式,并同时对步骤2中的电流控制环开环传递函数GIL(s)进行恒等变形;

并网变流器电网阻抗部分和锁相环的组合传递函数Gpll_grid(s)的表达式如下:电流控制环开环传递函数GIL(s)的恒等变形结果如下:

GIL(s)=Gpll_grid(s)×G3(s)

=Gpll_grid(s)/(1/G3(s))

=Gpll_grid(s)/Gcurrent(s)

其中:Gcurrent(s)=1/G3(s),记为并网变流器不考虑锁相环影响的电流控制环判据传递函数;

步骤4,根据前面3个步骤中给出的各环节传递函数,进一步给出弱电网条件下并网变流器控制环路稳定判据;

步骤4.1,求出并网变流器电网阻抗部分和锁相环的组合传递函数Gpll_grid(s)与并网变流器不考虑锁相环影响的电流控制环判据传递函数Gcurrent(s)在频域中的相位表达式和幅值表达式;

将并网变流器电网阻抗部分和锁相环的组合传递函数Gpll_grid(s)在频域中的幅值、相位分别记为组合幅值Apll_gird(ω)、组合相位Ψpll_gird(ω),组合幅值Apll_gird(ω)和组合相位Ψpll_gird(ω)的表达式分别为:其中,ω为频域旋转角频率;

将并网变流器不考虑锁相环影响的电流控制环判据传递函数Gcurrent(s)在频域中的幅值、相位分别记为电流幅值Acurrent(ω)、电流相位ψcurrent(ω),电流幅值Acurrent(ω)和电流相位Ψcurrent(ω)的表达式分别为:式中,GCL(ω)为电流控制环比例及积分环节传递函数GCL在频域内的表达式,|GCL(ω)|为电流控制环比例及积分环节传递函数GCL在频域内的幅值,Gmain(ω)为并网变流器滤波环节传递函数Gmain在频域内的表达式,|Gmain(ω)|为并网变流器滤波环节传递函数Gmain在频域内的幅值,|1+GCL(ω)Gmain(ω)|为1+GCL(ω)Gmain(ω)在频域内的幅值,∠GCL(ω)为GCL(ω)在频域内的相位,∠Gmain(ω)为Gmain(ω)在频域内的相位,∠(1+GCL(ω)Gmain(ω))为1+GCL(ω)Gmain(ω)在频域内的相位;

步骤4.2,根据步骤4.1中求出的幅值表达式和相位表达式,给出弱电网条件下的并网变流器控制环路稳定判据:同时满足以下幅值和相位2个条件时,认定并网变流器系统处于稳定状态,否则,认定并网变流器控制环路处于非稳定状态;

所述弱电网条件下并网变流器控制环路稳定判据为:

组合相位Ψpll_gird(ω)与电流相位ψcurrent(ω)的相位差为180°,且Acurrent(ω180°)>Apll_gird(ω180°),认定并网变流器控制环路幅值稳定;

组合幅值Apll_gird(ω)和电流幅值Acurrent(ω)相等,且ψpll_gird(ω交)‑ψcurrent(ω交)‑180°>0,认定并网变流器控制环路相位稳定;

当并网变流器控制环路同时满足幅值稳定和相位稳定时,则认定整个并网变流器稳定;

其中,

ω180°为组合相位ψpll_gird(ω)与电流相位ψcurrent(ω)的差值为180°时对应的角频率;

Acurrent(ω180°)为角频率ω180°时并网变流器不考虑锁相环影响的电流控制环判据传递函数Gcurrent(s)的幅值;

Apll_gird(ω180°)为角频率180°时并网变流器电网阻抗部分和锁相环的组合传递函数的幅值;

ω交为组合幅值Apll_gird(ω)与电流幅值Acurrent(ω)相等时对应的角频率;

ψcurrent(ω交)为角频率ω交时并网变流器不考虑锁相环影响的电流控制环判据传递函数Gcurrent(s)的相位;

ψpll_grid(ω交)为角频率ω交时并网变流器电网阻抗部分和锁相环的组合传递函数Gpll_grid(s)的相位;

步骤4.3,根据步骤4.1中求出的并网变流器电网阻抗部分和锁相环的组合传递函数Gpll_grid(s)与并网变流器不考虑锁相环影响的电流控制环判据传递函数Gcurrent(s)在频域中的相位表达式和幅值表达式,再结合步骤4.2给出的控制环路稳定判据,给出弱电网条件下并网变流器系统的幅值裕度表达式AM和相位裕度表达式PM: