基于TEO锁相环的单相并网逆变器系统优化方法及介质

本发明涉及新能源并网逆变器系统鲁棒性控制领域，尤其涉及一种基于teo锁相环的单相并网逆变器系统优化方法及介质。

背景技术：

1、在当前的可再生能源发展与应用领域，分布式发电系统已成为主要的开发与利用途径。在此背景下，并网逆变器，作为连接电网与发电系统的关键电力电子组件，其在分布式并网发电系统、交流微电网的并网型接口以及直流微电网与电网连接接口中的应用尤为广泛。鉴于大部分新能源发电设施位于电力需求较低的地区，导致大量的新能源电力需通过长距离输电技术接入主电网。在这些新能源渗透率较高区域，微电网经电力电子变换器等非线性负载接入后，可能会对电网造成严重的谐波失真与直流分量的引入问题。这一系列由分布式发电所引发的电能质量问题，亟需针对性的解决方案以保障电能质量与系统稳定性。

2、在分布式发电并网运行中，与电网电压的相位同步性是确保并网操作可靠性的一个关键技术要求。为准确提取电网电压的频率与相位信息，一般会采用锁相环技术以捕捉所需的电网参量。鉴于分布式发电资源往往位于较为偏远地区，其发电设施与负荷中心之间隔离距离较远，造成传输线路的长度延长，线路阻抗增大，再加上变压器具有较大的漏感，这些因素共同作用使得电网的阻抗参数变得不可被忽视。因此，在分析并网系统的稳态与动态稳定性时，锁相环的作用和它在控制过程中可能导致的影响是必须要考虑到的研究要点。

3、随着电网的日渐复杂，对锁相环技术的要求亦随之提高。特别是面对电网电压幅值跌落、相角突变、频率波动以及直流偏移和谐波含量增加等异常情况时，传统锁相环技术的锁定精度已经不能满足复杂多变的电网环境。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决传统锁相环技术的锁定精度已经不能满足复杂多变的电网环境问题，提供一种基于teo锁相环的单相并网逆变器系统优化方法及介质。

2、本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、s1：建立基于teo锁相环的单相并网逆变器系统数学模型；

4、s2：获取电网电压信号，根据单相并网逆变器系统数学模型，将电网电压信号分解为同相电压信号与正交电压信号；

5、s3：根据电网电压的同相与正交电压信号，引入teager能量算子计算得到锁相环输出角频率，生成正交信号发生器频率响应波特图；

6、s4：将正交电压信号输入单相并网逆变器系统数学模型的全通滤波器，生成具有直流偏移消除能力的正交电压信号；

7、s5：分析正交信号发生器频率响应波特图，调整正交信号发生器的参数；

8、s6：根据同相电压信号与具有直流偏移消除能力的正交电压信号，通过反正切函数的三阶多项式近似得到锁相环估计相位角。

9、可选的，步骤s1包括：

10、设计系统拓扑结构图，根据系统拓扑结构图推导出单相并网逆变器系统数学模型，单相并网逆变器系统数学模型的第一表达式gz1(s)为：

11、

12、其中，gi(s)表示pi控制器的传递函数；kpwm表示等效增益，即输入电压和载波幅值的比值；zc(s)表示lcl滤波器的电容c的传递函数；zl1(s)表示逆变器侧电感k1的传递函数；kc表示电容电流的反馈系数；

13、第二表达式gz2(s)表示为：

14、

15、其中，zl1＝sl1，s表示连续时间域中的复频率变量；zl2＝sl2，zl2表示电网侧电感l2的传递函数；zc＝1/scf；cf表示lcl滤波器的电容c；

16、推导出单相并网逆变器系统数学模型的并网电流的表达式ig(s)为第三表达式，如下所示：

17、

18、其中，iref(s)表示并网电流的基准值；upcc(s)表示公共连接点处的电压。

19、可选的，步骤s2包括：

20、根据单相并网逆变器系统数学模型的正交信号发生器将电网电压信号分解为同相电压信号与滞后于电网电压信号90°的正交电压信号。

21、可选的，步骤s3包括：

22、将瞬时电网电压vg(n)由余弦信号用第四表达式表示为：

23、

24、其中，ωg表示电网电压角频率；n表示第n个时刻；ts表示采样时间；表示初始相位角；

25、根据teager能量算子原理，使用三个连续的瞬时电网电压vg(n-1)、vg(n)、vg(n+1)，计算电网电压的能量e[vg(n)]，用第五表达式表示为：

26、

27、根据离散能量分离算法，电网电压的变化率的平均能量用第六表达式表示为：

28、

29、将vg(n)的值代入第六表达式，并求解三角恒等式，用第七表达式表示为：

30、e[vg′(n)]＝|vg(n)|2sin4(ωgts)

31、将第七表达式除以第五表达式并求解锁相环输出角频率fg，生成正交信号发生器频率响应波特图，使用“tan-1”来近似表示“sin-1”，得到第八表达式：

32、

33、其中，vpu(n-1)、vpu(n)、vpu(n+1)表示分别表示第n-1，n，n+1时刻的电网电压值。

34、可选的，步骤s4包括：

35、假设输入的正交电压信号vi(t)用第九表达式表示为：

36、

37、其中，vdc表示直流电压分量；vm表示输入信号的基波信号幅值；表示输入信号的表达式的交流部分；

38、通过拉氏变换与拉氏反变换，得到vi′(t)的稳态输出v∞′(t)，用第十表达式表示为：

39、

40、

41、

42、其中v′∞(t)是一个幅值由m值决定，相移由决定的正弦信号；k表示正交信号发生器的阻尼因子；表示电网电压角频率基准值；

43、在锁相环进入稳态时，输出用第十一表达式表示为：

44、

45、即为具有直流偏移消除能力的正交电压信号。

46、可选的，步骤s5包括：对比正交信号发生器的不同阻尼因子k的正交信号发生器频率响应波特图，将正交信号发生器的阻尼因子设置为

47、可选的，步骤s6包括：

48、使用频率自适应sogi正交信号发生器提取电网电压经过sogi后生成的αβ分量，得到vα和vβ；

49、通过反正切函数的三阶多项式近似得到锁相环估计相位角，如下：

50、

51、

52、锁相环估计相位角θarctan的展开使用四象限近似完成，表达式如下：

53、

54、在vα接近于0时，令锁相环估计相位角θarctan等于一个固定的常数。

55、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，当所述指令被执行时，执行一种基于teo锁相环的单相并网逆变器系统优化方法。

56、本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

57、考虑到teo锁相环具有更好的控制效果和更广的应用范围，在单相并网逆变器系统优化问题上，引入teo锁相环，利用teo锁相环独特的频率计算方式实现控制性能的优化。提高了单相并网逆变器系统在非理想电网条件下的稳定性。提高了单相并网逆变器系统在电网电压跌落、相角突变、频率波动以及含直流偏移时的锁相速度。