數(shù)字控制LCL型并網(wǎng)逆變器的有源阻尼和電流控制研究.pdf

1、基于可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)(Renewable Energy based Distributed Power Generation System, RE-DPGS)是應(yīng)對能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要途徑之一。作為可再生能源發(fā)電單元與電網(wǎng)之間的能量變換接口，LCL型并網(wǎng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的交流電并饋入電網(wǎng)。諧振阻尼和電流控制是LCL型并網(wǎng)逆變器的兩大關(guān)鍵問題，解決好這些問題對RE-DPGS的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行具有重要的意義。本文

2、研究LCL型并網(wǎng)逆變器的有源阻尼和電流控制技術(shù)，主要的研究內(nèi)容如下：
　　首先針對采用電容電流反饋有源阻尼的LCL型并網(wǎng)逆變器，以并網(wǎng)電流為被控量，建立數(shù)字控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型?；谠撃Ｐ停治隹刂蒲訒r(shí)對電容電流反饋有源阻尼的影響及由此導(dǎo)致的對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。指出電容電流反饋有源阻尼等效為在濾波電容上并聯(lián)一個虛擬阻抗，該阻抗由電阻和電抗并聯(lián)構(gòu)成。虛擬電抗會改變LCL濾波器的諧振頻率，當(dāng)實(shí)際諧振頻率高于1/6的采樣頻率fs(fs/6

3、)時(shí)，虛擬電阻呈負(fù)阻特性，此時(shí)環(huán)路增益含有一對不穩(wěn)定極點(diǎn)。從而，在LCL濾波器的諧振頻率fr和fs/6這兩個頻率處，環(huán)路增益必須滿足嚴(yán)格的幅值裕度要求，才能保證并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定。然而，當(dāng)fr接近fs/6時(shí)，幅值裕度要求難以滿足，并網(wǎng)逆變器容易不穩(wěn)定；尤其是當(dāng)fr=fs/6時(shí)，幅值裕度要求無法滿足，因而并網(wǎng)逆變器無法穩(wěn)定。
　　為了提高fr接近fs/6時(shí)LCL型并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性，提出電容電流反饋有源阻尼的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改進(jìn)方法：1)通過

4、分析電網(wǎng)阻抗對幅值裕度的影響，得到最優(yōu)的電容電流反饋系數(shù)。采用這個反饋系數(shù)時(shí)，除了fr=fs/6之外，并網(wǎng)逆變器都能保持穩(wěn)定。進(jìn)一步地，為了提高fr=fs/6時(shí)并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性，提出環(huán)路增益的相位滯后補(bǔ)償方法。2)提出電容電流即時(shí)反饋有源阻尼方法以減小有源阻尼的計(jì)算延時(shí)并改善其阻尼效果，使其在更寬的頻率范圍內(nèi)呈正阻特性，從而消除環(huán)路增益的不穩(wěn)定極點(diǎn)。這樣，無需滿足嚴(yán)格的幅值裕度要求，幅值裕度的要求變得簡單，并網(wǎng)逆變器更容易穩(wěn)定。最后，

5、研制一臺6kW單相LCL型并網(wǎng)逆變器的原理樣機(jī)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述兩種方法的有效性。
　　針對 LCL型并網(wǎng)逆變器的三種電流控制策略，即并網(wǎng)電流控制、逆變器側(cè)電感電流控制和加權(quán)平均電流控制，通過控制框圖的等效變換，建立以并網(wǎng)電流為被控量加上電容電流反饋有源阻尼的通用數(shù)學(xué)模型?；谠撃Ｐ?，從并網(wǎng)電流穩(wěn)定性的角度對不同電流控制策略進(jìn)行比較分析。分析指出，控制逆變器側(cè)電感電流時(shí)，并網(wǎng)電流和逆變器側(cè)電感電流的穩(wěn)定性是一致的；控制加權(quán)平均電

6、流時(shí)，盡管控制系統(tǒng)可由三階降至一階，加權(quán)平均電流很容易穩(wěn)定，但并網(wǎng)電流和逆變器側(cè)電感電流都是臨界穩(wěn)定。并且，通用數(shù)學(xué)模型還有助于實(shí)現(xiàn)不同電流控制策略中控制參數(shù)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，從而簡化設(shè)計(jì)過程。最后，在單相6kW的原理樣機(jī)上，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述理論分析的正確性。
　　為了減小磁芯的體積，提出 LCL濾波器的磁集成方法。建立集成電感的等效磁路模型，分析由于公共磁芯磁阻不為零導(dǎo)致的耦合現(xiàn)象及其對 LCL濾波器濾波特性的影響。通過電路的等效變換