(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112510711 A(43)申请公布日 2021.03.16
(21)申请号 202011301155.0(22)申请日 2020.11.19
(71)申请人 合肥工业大学
地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路
193号(72)发明人 郑昕昕 许华铮 刘新天 何耀
潘轶山 (74)专利代理机构 北京润平知识产权代理有限
公司 11283
代理人 肖冰滨 刘兵(51)Int.Cl.
H02J 3/01(2006.01)H02J 3/38(2006.01)H02M 7/483(2007.01)H02M 7/5387(2007.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图4页
(54)发明名称
三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦方法、装置及存储介质
(57)摘要
本发明实施方式提供一种三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦方法、装置及存储介质，属于输电的控制技术领域。所述前馈解耦方法包括：获取dq坐标系下所述LCL滤波器的输入电压uq1和输入电压ud1；根据公式(1)至公式(6)分别处理所述输入电压uq1和所述输入电压ud1以得到对应的前馈解耦值uq′和前馈解耦值ud′；根据公式(7)和公式(8)计算前馈解耦的结果ud和结果uq。该前馈解耦方法、装置及存储介质能够克服现有技术中三相逆变器系统在同步旋转坐标系下仍存在耦合的技术缺陷。CN 112510711 ACN 112510711 A
权 利 要 求 书
1/2页
1.一种三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦方法，其特征在于，所述前馈解耦方法包括：获取dq坐标系下所述LCL滤波器的输入电压uq1和输入电压ud1；
根据公式(1)至公式(6)分别处理所述输入电压uq1和所述输入电压ud1以得到对应的前馈解耦值uq′和前馈解耦值ud′，
G1(s)＝RfCfs+1，(3)
G2(s)＝RfCfω0，(4)
G3(s)＝L1L2Cfs3+(L1+L2)RfCfs2+(L1+L2‑L1L2Cf3ω02)s‑(L1+L2)RfCfω02，(5)
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(6)G4(s)＝L1L2Cf3ω0s+2(L1+L2)RfCfω0s+(L1+L2‑L1L2Cfω0)ω0，
其中，Y为处理后的所述前馈解耦值uq′或前馈解耦值ud′，s为所述输入电压uq1和输入电压ud1所对应的拉普拉斯算子，L1、L2、Cf和Rf为所述LCL滤波器的固有参数值，ω0为基波角频率；
根据公式(7)和公式(8)计算前馈解耦的结果ud和结果uq，ud＝ud1+uq′，(7)uq＝uq1‑ud′，(8)。
2.一种三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦模块，其特征在于，所述前馈解耦模块包括：实部滤波器，所述实部滤波器的一端用于接收输入电压ud1；虚部滤波器，所述虚部滤波器的一端用于接收输入电压uq1；
所述加法模块的第二端加法模块，所述加法模块的第一端用于接收所述输入电压ud1，
与所述虚部滤波器的另一端连接；
减法模块，所述减法模块的第一端与所述实部滤波器的另一端连接，所述减法模块的第二端用于接收所述输入电压uq1；
所述实部滤波器/所述虚部滤波器用于：
根据公式(1)至公式(6)分别处理所述输入电压uq1和所述输入电压ud1以得到对应的前馈解耦值uq′和前馈解耦值ud′，
G1(s)＝RfCfs+1，(3)
G2(s)＝RfCfω0，(4)
G3(s)＝L1L2Cfs3+(L1+L2)RfCfs2+(L1+L2‑L1L2Cf3ω02)s‑(L1+L2)RfCfω02，(5)G4(s)＝L1L2Cf3ω0s2+2(L1+L2)RfCfω0s+(L1+L2‑L1L2Cfω02)ω0，(6)
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权 利 要 求 书
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其中，Y为处理后的所述前馈解耦值uq′或前馈解耦值ud′，s为所述输入电压uq1和输入电压ud1所对应的拉普拉斯算子，L1、L2、Cf和Rf为所述LCL滤波器的固有参数值，ω0为基波角频率；
所述加法模块用于：
根据公式(7)计算前馈解耦的结果ud，ud＝ud1+uq′，(7)；所述减法模块用于：
根据公式(8)计算前馈解耦的结果uq，uq＝uq1‑ud′，(8)。
3.一种三相逆变器LCL滤波器，其特征在于，包括如权利要求2所述的前馈解耦模块。4.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有指令，所述指令用于被机器以使得所述机器执行如权利要求1所述的前馈解耦方法。
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说 明 书
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三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦方法、装置及存储介质
技术领域
[0001]本发明涉及输电的控制技术领域，具体地涉及一种三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦方法、装置及存储介质。背景技术
[0002]传统三相逆变器交流侧滤波器采用状态反馈或复系数PI调节器进行解耦，但这些方法仅能实现单L滤波器的解耦。当应用于LCL滤波器时，仅能近似解耦无法实现完全解耦，这就导致了三相逆变器系统在同步旋转坐标系下仍存在耦合，降低了逆变器的动态性能。发明内容
[0003]本发明实施方式的目的是提供一种三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦方法、装置及存储介质，该前馈解耦方法、装置及存储介质能够克服现有技术中三相逆变器系统在同步旋转坐标系下仍存在耦合的技术缺陷。[0004]为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦方法，包括：
[0005]获取dq坐标系下所述LCL滤波器的输入电压u和输入电压u；q1d1
[0006]根据公式(1)至公式(6)分别处理所述输入电压u和所述输入电压u以得到对应q1d1的前馈解耦值uq′和前馈解耦值ud′，
[0007]
[0008]
G1(s)＝RfCfs+1， (3)[0010]G(s)＝RCω，2ff0 (4)
[0011]G(s)＝LLCs3+(L+L)RCs2+(L+L‑LLC3ω2)s‑(L+L)RCω2，312f12ff1212f012ff0 (5)[0012]G(s)＝LLC3ωs2+2(L+L)RCωs+(L+L‑LLCω2)ω，412f012ff01212f00(6)[0013]其中，Y为处理后的所述前馈解耦值uq′或前馈解耦值ud′，s为所述输入电压uq1和输入电压ud1所对应的拉普拉斯算子，L1、L2、Cf和Rf为所述LCL滤波器的固有参数值，ω0为基波角频率；
[0014]根据公式(7)和公式(8)计算前馈解耦的结果u和结果u，dq[0015]u＝u+u′ (7)dd1q，[0016]u＝u‑u′ (8)。qq1d，[0017]另一方面，本发明还提供一种三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦模块，所述前馈解耦模块包括：
[0018]实部滤波器，所述实部滤波器的一端用于接收输入电压ud1；
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[0009]
CN 112510711 A[0019]
说 明 书
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虚部滤波器，所述虚部滤波器的一端用于接收输入电压uq1；
[0020]加法模块，所述加法模块的第一端用于接收所述输入电压ud1，所述加法模块的第二端与所述虚部滤波器的另一端连接；[0021]减法模块，所述减法模块的第一端与所述实部滤波器的另一端连接，所述减法模块的第二端用于接收所述输入电压uq1；
[0022]所述实部滤波器/所述虚部滤波器用于：
[0023]根据公式(1)至公式(6)分别处理所述输入电压u和所述输入电压u以得到对应q1d1的前馈解耦值uq′和前馈解耦值ud′，
[0024]
[0025]
G1(s)＝RfCfs+1， (3)[0027]G(s)＝RCω，2ff0 (4)
[0028]G(s)＝LLCs3+(L+L)RCs2+(L+L‑LLC3ω2)s‑(L+L)RCω2，312f12ff1212f012ff0 (5)[0029]G(s)＝LLC3ωs2+2(L+L)RCωs+(L+L‑LLCω2)ω，412f012ff01212f00(6)[0030]其中，Y为处理后的所述前馈解耦值uq′或前馈解耦值ud′，s为所述输入电压uq1和输入电压ud1所对应的拉普拉斯算子，L1、L2、Cf和Rf为所述LCL滤波器的固有参数值，ω0为基波角频率；
[0031]所述加法模块用于：
[0032]根据公式(7)计算前馈解耦的结果u，d[0033]u＝u+u′ (7)；dd1q，
[0034]所述减法模块用于：
[0035]根据公式(8)计算前馈解耦的结果u，q[0036]u＝u‑u′ (8)。qq1d，[0037]再一方面，本发明还提供一种三相逆变器LCL滤波器，包括如上述所述的前馈解耦模块。
[0038]再一方面，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有指令，所述指令用于被机器以使得所述机器执行如上述所述的前馈解耦方法。[0039]通过上述技术方案，本发明提供的三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦方法、装置及存储介质，通过在进行执行正式的解耦操作前，对输入电压ud和uq执行前馈解耦操作，克服了现有技术中三相逆变器系统在同步旋转坐标系下仍存在耦合的技术缺陷。
[0040]本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明
[0041]附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限
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[0026]
CN 112510711 A
说 明 书
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制。在附图中：
[0042]图1是根据本发明的一个实施方式的三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦方法的流程图；
[0043]图2是现有技术中的三相逆变器LCL滤波器的电路图；[0044]图3是图2中同步旋转坐标系的等效电路的控制框图；
[0045]图4是根据本发明的一个实施方式的三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦模块的结构框图；以及
[0046]图5是本发明的一个实施方式的三相逆变器LCL滤波器的结构框图。
具体实施方式
[0047]以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。
[0048]在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。[0049]另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0050]如图1所示是根据本发明的一个实施方式的三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦方法的流程图。在图1中，该前馈解耦方法可以包括：[0051]在步骤S10中，获取dq坐标系下LCL滤波器的输入电压uq1和输入电压ud1。在该实施方式中，在控制系统有效的情况下，该输入电压uq1和输入电压ud1也可以是与该LCL滤波器的输入电压的基准值相等。因此，该步骤S10也可以为获取该LCL滤波器的输入电压uq1和输入电压ud1的基准值。[0052]在步骤S11中，根据公式(1)至公式(6)分别处理输入电压uq1和输入电压ud1以得到对应的前馈解耦值uq′和前馈解耦值ud′，
[0053]
[0054]
[0055][0056][0057]
G1(s)＝RfCfs+1， (3)
G2(s)＝RfCfω0， (4)
G3(s)＝L1L2Cfs3+(L1+L2)RfCfs2+(L1+L2‑L1L2Cf3ω02)s‑(L1+L2)RfCfω02， (5)
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说 明 书
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G4(s)＝L1L2Cf3ω0s2+2(L1+L2)RfCfω0s+(L1+L2‑L1L2Cfω02)ω0，(6)
[0059]其中，Y为处理后的前馈解耦值uq′或前馈解耦值ud′，s为输入电压uq1和输入电压ud1所对应的拉普拉斯算子，L1、L2、Cf和Rf为LCL滤波器的固有参数值，ω0为基波角频率。[0060]在步骤S12中，根据公式(7)和公式(8)计算前馈解耦的结果ud和结果uq，从而实现对输入电压uq1和输入电压ud1的完全解耦，[0061]u＝u+u′ (7)dd1q，[0062]u＝u‑u′ (8)。qq1d，[0063]在现有技术中，针对常用的LCL滤波器的电路(如图2所示)的同步旋转坐标系，其等效的电路模型(复矢量模型)可以是如图3所示。在dq坐标系(同步旋转坐标系)下，该复矢量模型也可以用公式(9)来表示，
[0064][0065]
从公式(9)中可以看出，以现有技术中常规的电路进行解耦，显然会出现虚部，即
无法完全解耦。那么，为了实现完全解耦，就需要在该复矢量模型前增加控制方法。具体地，可以先对该公式(9)进行简化，从而得到虚部，即公式(10)和公式(11)，
[0066][0067][0068][0069]
对该公式(10)进行进一步的整理得到公式(11)，
在该公式(11)中，解耦的结果包括GLCL2(s)和GLCL1(s)。其中，GLCL2(s)为虚部，即未完全解耦的部分。因此，在增加控制方法时，需要将该虚部抵消。
为了抵消该虚部，可以在该传递函数GLCL(s)上乘以
从而使得该传
[0070]
递函数转化为
[0071]
此时，虚部被抵消，也就意味着实现了完全解耦。
进一步地，针对增加的乘法项，反推出控制框图中的结构，即如图4中所示出的控制框图，也即上述公式(1)至公式(6)。[0072]基于上述分析，再将上述公式(1)至公式(6)应用至如图2所示的电路结构中，从而得到如图5所示的LCL滤波器的电路。[0073]另一方面，本发明还提供一种三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦模块，如图4所示，该前馈解耦模块可以包括实部滤波器11、虚部滤波器12、加法模块13以及减法模块14。其中，实部滤波器11的一端可以用于接收输入电压ud1。虚部滤波器12的一端可以用于接收输入电压uq1。加法模块13的第一端可以用于接收输入电压ud1，加法模块03的第二端可以与虚部滤波器12的另一端连接。减法模块14的第一端可以与实部滤波器的另一端连接，减法模块的第二端用于接收输入电压uq1。[0074]在图4所示出的模块中，实部滤波器11/虚部滤波器12可以用于根据公式(1)至公式(6)分别处理输入电压uq1和输入电压ud1以得到对应的前馈解耦值uq′和前馈解耦值ud′，
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[0076]
G1(s)＝RfCfs+1， (3)
[0078]G(s)＝RCω，2ff0 (4)
[0079]G(s)＝LLCs3+(L+L)RCs2+(L+L‑LLC3ω2)s‑(L+L)RCω2，312f12ff1212f012ff0 (5)[0080]G(s)＝LLC3ωs2+2(L+L)RCωs+(L+L‑LLCω2)ω，412f012ff01212f00(6)[0081]其中，Y为处理后的前馈解耦值uq′或前馈解耦值ud′，s为输入电压uq1和输入电压ud1所对应的拉普拉斯算子，L1、L2、Cf和Rf为LCL滤波器的固有参数值，ω0为基波角频率；[0082]加法模块13则可以用于根据公式(7)计算前馈解耦的结果ud，[0083]u＝u+U′ (7)；dd1q，
[0084]减法模块14则可以用于根据公式(8)计算前馈解耦的结果u，q[0085]u＝u‑U′ (8)。qq1d，[0086]另外，在该实施方式中，如图4所示出的例如实部滤波器11、虚部滤波器12、加法模块13以及减法模块14等，由于其执行功能的主体均可以是处理器。因此，该实部滤波器11、虚部滤波器12、加法模块13以及减法模块14也可以集成为一个总的功能模块，即该前馈解耦模块。
[0087]再一方面，本发明还提供的三相逆变器LCL滤波器，如图5所示。在图5中，该LCL滤波器可以包括三相全桥逆变电路01、PWM信号调制器02、第一坐标转换模块03、前馈解耦模
第二坐标调制模块04、交流输出端06以及滤波模块07。块08、PI误差调节器05、
[0088]在该三相逆变器LCL滤波器中，三相全桥逆变电路01将直流电逆变为交流电，该交流电经过滤波模块07滤波后，通过交流输出端06接入外部电网。在交流输出端06附近，第二坐标模块04通过将采集到的电流进行坐标系转换，从而得到电流iq和id。电流iq和id经过PI误差调节器05转换为输入电压ud1和uq1。为了实现对输入电压ud1和uq1的完全解耦，前馈解耦模块08(具体的控制结构如图4所示)对其进行前馈解耦处理，从而转化为输入电压ud和uq。该输入电压ud和uq在PWM信号调制器02中经过与斜波等的运算，从而得到控制三相全桥逆变电路01的两组PWM信号。[0089]再一方面，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有指令，所述指令用于被机器以使得所述机器执行如上述所述的前馈解耦方法。[0090]通过上述技术方案，本发明提供的三相逆变器LCL滤波器的前馈解耦方法、装置及存储介质，通过在进行执行正式的解耦操作前，对输入电压ud和uq执行前馈解耦操作，克服了现有技术中三相逆变器系统在同步旋转坐标系下仍存在耦合的技术缺陷。[0091]以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。[0092]另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛
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[0077]
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盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0093]本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个可以是单片机，芯片等或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。[0094]此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。
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图1
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说 明 书 附 图
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图2
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说 明 书 附 图
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图3
图4
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说 明 书 附 图
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图5
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