專利名稱：Lcl濾波并網(wǎng)逆變器單進(jìn)網(wǎng)電流采樣的電流控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于并網(wǎng)逆變器的進(jìn)網(wǎng)電流控制領(lǐng)域，特別涉及ー種基于單進(jìn)網(wǎng)電流采樣的単相以及三相LCL濾波并網(wǎng)逆變器進(jìn)網(wǎng)電流控制方法。
背景技術(shù)：
隨著新能源分布式并網(wǎng)發(fā)電的蓬勃發(fā)展，并網(wǎng)逆變器作為其關(guān)鍵部分獲得了廣泛的關(guān)注。而采用脈寬調(diào)制技術(shù)的逆變器產(chǎn)生大量的開關(guān)頻率次諧波。在逆變器與電網(wǎng)之間接入濾波器可以有效地抑制諧波。LCL濾波器可以實(shí)現(xiàn)高效的開關(guān)頻率諧波抑制，降低濾波器體積重量，具有較好的應(yīng)用前景。但高階濾波器諧振現(xiàn)象容易使系統(tǒng)發(fā)生振蕩。由于LCL濾波器具有同L型濾波器相似的低頻特性，有學(xué)者嘗試將L型并網(wǎng)電流控制方案應(yīng)用于LCL系統(tǒng)中。但是，進(jìn)網(wǎng)電流直接閉環(huán)控制會導(dǎo)致大量電流諧波甚至不穩(wěn)定。也有學(xué)者嘗試反饋?zhàn)儞Q器側(cè)電流，但是從根本上來說這種方案是ー種間接的進(jìn)網(wǎng)電流控制方案，難以實(shí)現(xiàn)高效的進(jìn)網(wǎng)控制?？傊?，雖然單電流控制成本低，但濾波器諧振現(xiàn)象導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行面臨性能差、諧波污染、不可靠等問題。為抑制濾波器諧振現(xiàn)象，一種簡單方案是在濾波器中串聯(lián)或并聯(lián)電阻。該無源方案已獲得廣泛應(yīng)用，但是電阻帶來的損耗并不令人滿意。為了取代無源電阻，有學(xué)者采用虛擬阻抗的控制方案實(shí)現(xiàn)了諧振抑制；電容電流或電容電壓反饋以及多變量組合的狀態(tài)反饋也可實(shí)現(xiàn)相似的諧振抑制。以上附加反饋控制的方法統(tǒng)稱有源阻尼，克服了無源方案的缺點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景。但是，上述方法均需要額外的高精度電流或電壓傳感器來獲取需要的反饋信息。為此，有學(xué)者采用了濾波電容電壓及其電流的觀測方法以降低系統(tǒng)成本，但是該類估測方法依賴于精確的模型，且會對系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生不利影響，影響系統(tǒng)可靠性以及性能。綜合上述分析，單進(jìn)網(wǎng)電流閉環(huán)控制雖然成本低，但是其性能可靠性均不足；而現(xiàn)有有源阻尼方法雖然可以實(shí)現(xiàn)低諧波高質(zhì)量的進(jìn)網(wǎng)電流，但是額外的高精度傳感器或觀測方法増加系統(tǒng)成本，降低系統(tǒng)可靠性。因此，在LCL濾波并網(wǎng)逆變器領(lǐng)域，需要研究ー種性能優(yōu)良、可靠性高、低成本且設(shè)計(jì)方便的進(jìn)網(wǎng)電流控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供ー種LCL濾波并網(wǎng)逆變器單進(jìn)網(wǎng)電流采樣的電流控制方法，其具有高性能、可靠、低成本、設(shè)計(jì)方便的優(yōu)點(diǎn)，適用于単相及三相LCL濾波并網(wǎng)逆變器的進(jìn)網(wǎng)電流控制、単相及三相LCL濾波并網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)電流控制。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是ー種LCL濾波并網(wǎng)逆變器單進(jìn)網(wǎng)電流采樣的電流控制方法，步驟是采樣進(jìn)網(wǎng)電 流，并以該進(jìn)網(wǎng)電流作為并網(wǎng)逆變器進(jìn)網(wǎng)電流控制的反饋信號，將所述反饋信號同進(jìn)網(wǎng)電流控制給定信號進(jìn)行比較，獲得的誤差電流信號經(jīng)由電流調(diào)節(jié)器產(chǎn)生第一輸出信號，同時前述反饋信號經(jīng)由高通移相環(huán)節(jié)產(chǎn)生第二輸出信號，將第一、ニ輸出信號相減，得到的輸出信號作為逆變器開關(guān)運(yùn)行的脈沖寬度調(diào)制信號。采用上述方案后，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)I)實(shí)現(xiàn)了高效的LCL濾波器諧振峰的抑制；2)實(shí)現(xiàn)了簡便的LCL濾波并網(wǎng)逆變器的閉環(huán)控制設(shè)計(jì)；3)實(shí)現(xiàn)了良好的穩(wěn)態(tài)以及動態(tài)響應(yīng)；4)本發(fā)明僅需要對進(jìn)網(wǎng)電流采樣，無需額外的高精度采樣；5)實(shí)現(xiàn)了高性能、可靠、低成本且設(shè)計(jì)方便的單相以及三相LCL濾波并網(wǎng)系統(tǒng)的進(jìn)網(wǎng)電流控制。


圖I是本發(fā)明所應(yīng)用的LCL濾波器的單相電路結(jié)構(gòu)圖；圖2是傳統(tǒng)的采用進(jìn)網(wǎng)電流單閉環(huán)控制的原理圖；圖3是圖2控制方案下電流調(diào)節(jié)器輸出至進(jìn)網(wǎng)電流的幅相特性曲線；圖4是本發(fā)明的基于單進(jìn)網(wǎng)電流采樣的進(jìn)網(wǎng)電流閉環(huán)控制原理圖；圖5是圖4控制方案下電流調(diào)節(jié)器輸出至進(jìn)網(wǎng)電流的幅相特性曲線；圖6是圖4控制方案下進(jìn)網(wǎng)電流給定至進(jìn)網(wǎng)電流的開環(huán)幅相特性曲線；圖7是圖4控制方案下進(jìn)網(wǎng)電流給定至進(jìn)網(wǎng)電流的閉環(huán)幅相特性曲線；圖8是圖4控制方案下進(jìn)網(wǎng)電流穩(wěn)態(tài)波形圖；圖9是圖4控制方案下進(jìn)網(wǎng)電流瞬態(tài)波形圖。以上圖中部分符號名稱ug為電網(wǎng)電壓も為逆變器側(cè)電感！C1為濾波電容；L2為網(wǎng)側(cè)電感而和r2為電感的等效寄生電阻；uinv為逆變器的橋臂中點(diǎn)輸出電壓；iMf為進(jìn)網(wǎng)電流給定而。(8)為電流調(diào)節(jié)器；u為電流調(diào)節(jié)器的輸出；coh為本發(fā)明方法的高通移相環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率；k。為高通移相環(huán)節(jié)的比例系數(shù)。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供ー種LCL濾波并網(wǎng)逆變器單進(jìn)網(wǎng)電流采樣的電流控制方法，其可適用于單相及三相LCL濾波并網(wǎng)逆變器的進(jìn)網(wǎng)電流控制，也可適用于単相及三相LCL濾波并網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)電流控制，所述的控制方法在實(shí)施時，首先采樣進(jìn)網(wǎng)電流，將其作為并網(wǎng)逆變器進(jìn)網(wǎng)電流控制的反饋信號，將該反饋信號同進(jìn)網(wǎng)電流控制給定信號進(jìn)行比較，獲得的誤差電流信號經(jīng)由電流調(diào)節(jié)器產(chǎn)生第一輸出信號，同時前述反饋信號經(jīng)由高通移相環(huán)節(jié)產(chǎn)生第ニ輸出信號，將所述第一、ニ輸出信號相減，得到的輸出信號作為逆變器開關(guān)運(yùn)行的脈沖寬度調(diào)制信號，實(shí)現(xiàn)對進(jìn)網(wǎng)電流的控制。以單相并網(wǎng)系統(tǒng)為例，LCL濾波器的結(jié)構(gòu)如圖I所示，由于濾波電容非常低的高頻阻杭，網(wǎng)側(cè)電流中開關(guān)頻率次諧波含量得到大幅衰減。類似于單電感濾波并網(wǎng)，對該LCL濾波并網(wǎng)系統(tǒng)采用直接閉環(huán)控制方案，等效的電流控制框圖參見圖2所示。經(jīng)拉普拉斯變換，得出電流調(diào)節(jié)器Gjs)的輸出u至進(jìn)網(wǎng)電流ig的傳遞函數(shù)(·!! C s j __ _
L0030」 ノ-L1L2C1S3 + (廠ス + Y1L2 )C/ + (L1 +L2+ F1TjC1 )s + rx+r2⑴式中s為復(fù)頻域中的復(fù)頻率變量。由于濾波器寄生電阻很小，進(jìn)網(wǎng)電流在諧振頻率fMf (見式(2))處存在諧振峰，式
(I)系統(tǒng)的幅相特性參見圖3。根據(jù)穩(wěn)定性判據(jù)可知，需將該諧振峰抑制到OdB以下否則系統(tǒng)發(fā)散，此外為保證不引起電流諧振還要保證足夠的相位裕度，調(diào)節(jié)器參數(shù)受限，系統(tǒng)響應(yīng)難以得到保證。該諧振峰導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定變差以及閉 環(huán)電流調(diào)節(jié)器GJs)設(shè)計(jì)困難。系統(tǒng)性能差，不可靠。⑵本發(fā)明方法中，將進(jìn)網(wǎng)電流通過高通移相環(huán)節(jié)后得到的信號注入電流調(diào)節(jié)器Gc(s)的輸出中，參見圖4，控制所需的反饋信息仍為進(jìn)網(wǎng)電流，不需要額外的高精度采樣，成本低、可靠性高。忽略較小的寄生電阻，經(jīng)拉普拉斯變換，得出電流調(diào)節(jié)器GJs)的輸出u至進(jìn)網(wǎng)電流ig的傳遞函數(shù)
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L0035」 u_ad\ L1L2C1S4+ L1L2QahS3 +(L1 +Z2)r+(4 +L2)mhs-kcs⑶同式(I)相比，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)發(fā)生變化，對應(yīng)的幅相特性參見圖5。同圖3相比可以看出，諧振峰大幅減小，實(shí)現(xiàn)了高效的諧振抑制。因而電流調(diào)節(jié)器Gci(S)可以方便的實(shí)現(xiàn)高性能的閉環(huán)控制。本發(fā)明方法中，進(jìn)網(wǎng)電流高通移相環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)計(jì)按照
く (Oh ニ 知 f,.eJレ k-
A = Kh + L2)(2 - Ir I - Ir⑷式中k為ー個小于I的數(shù)，為保證較好的諧振抑制效果同時實(shí)現(xiàn)高帶寬，可取為O. 8 O. 9。下面提供本發(fā)明的ー組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)単相LCL濾波全橋并網(wǎng)逆變器，直流輸入電壓380V，電網(wǎng)電壓220V/50HZ，額定功率3kff,電感L1為ImH, L2為ImH,濾波電容C1為10 μ F，開關(guān)頻率IOkHz。圖6所示為采用本發(fā)明方法的計(jì)及電流比例積分(PI)調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)波特圖，其中Ztl以及？1、？2、己為式(3)傳遞函數(shù)的零點(diǎn)以及非零的極點(diǎn)。圖7所示為采用本發(fā)明方法的計(jì)及電流PI調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)閉環(huán)波特圖。由于本發(fā)明中注入了進(jìn)網(wǎng)電流經(jīng)由高通移相環(huán)節(jié)后的信號，諧振峰得到了高效的抑制，因而閉環(huán)設(shè)計(jì)方便，且可以實(shí)現(xiàn)很高的閉環(huán)帶寬(約為I. 8kHz)，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)響應(yīng)。圖8給出了圖4方案在滿載下的進(jìn)網(wǎng)電流波形。圖9給出了圖4方案在進(jìn)網(wǎng)功率由滿載突變到10%再突變到滿載時的進(jìn)網(wǎng)電流波形。由于無論在単相還是三相的LCL濾波并網(wǎng)逆變器中濾波器的諧振現(xiàn)象均存在且影響系統(tǒng)閉環(huán)設(shè)計(jì)，而本發(fā)明方法可以有效的抑制諧振峰，因而可以廣泛應(yīng)用于各種単相以及三相LCL濾波并網(wǎng)逆變器進(jìn)網(wǎng)電流控制且不需要額外的高精度采樣。由于無功補(bǔ)償、有源濾波、整流等并網(wǎng)型應(yīng)用同逆變工作模式下控制的相似性，本發(fā)明的電流控制方法也可廣泛應(yīng)用于各種單相以及三相LCL濾波并網(wǎng)系統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)電流控制且不需要額外的高精度采樣。綜上，本發(fā)明方法是ー種適用于單相以及三相LCL濾波并網(wǎng)系統(tǒng)的、高性能的、低成本的、可靠的且易于設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的電流控制方案。以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是
按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種LCL濾波并網(wǎng)逆變器單進(jìn)網(wǎng)電流采樣的電流控制方法，其特征在于步驟是采樣進(jìn)網(wǎng)電流，并以該進(jìn)網(wǎng)電流作為并網(wǎng)逆變器進(jìn)網(wǎng)電流控制的反饋信號，將所述反饋信號同進(jìn)網(wǎng)電流控制給定信號進(jìn)行比較，獲得的誤差電流信號經(jīng)由電流調(diào)節(jié)器產(chǎn)生第一輸出信號，同時前述反饋信號經(jīng)由高通移相環(huán)節(jié)產(chǎn)生第二輸出信號，將第一、二輸出信號相減，得到的輸出信號作為逆變器開關(guān)運(yùn)行的脈沖寬度調(diào)制信號。
全文摘要
本發(fā)明公開一種LCL濾波并網(wǎng)逆變器單進(jìn)網(wǎng)電流采樣的電流控制方法，步驟是采樣進(jìn)網(wǎng)電流，并以該進(jìn)網(wǎng)電流作為并網(wǎng)逆變器進(jìn)網(wǎng)電流控制的反饋信號，將所述反饋信號同進(jìn)網(wǎng)電流控制給定信號進(jìn)行比較，獲得的誤差電流信號經(jīng)由電流調(diào)節(jié)器產(chǎn)生第一輸出信號，同時前述反饋信號經(jīng)由高通移相環(huán)節(jié)產(chǎn)生第二輸出信號，將第一、二輸出信號相減，得到的輸出信號作為逆變器開關(guān)運(yùn)行的脈沖寬度調(diào)制信號。此種控制方法具有高性能、可靠、低成本、設(shè)計(jì)方便的優(yōu)點(diǎn)，適用于單相及三相LCL濾波并網(wǎng)逆變器的進(jìn)網(wǎng)電流控制、單相及三相LCL濾波并網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)電流控制。
文檔編號H02J3/01GK102709938SQ201210160219
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者許津銘, 謝少軍, 陳文明 申請人:南京航空航天大學(xué)