基于單電流環(huán)控制的llcl濾波并網(wǎng)逆變器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于單電流環(huán)控制的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器，本發(fā)明將LLCL濾波器串聯(lián)諧振支路的電容和/或電感分別按電容容量比值和/或電感感抗比值分成并聯(lián)的2個(gè)電容和/或電感，通過(guò)測(cè)量并聯(lián)2電容或電感的中間電流作為反饋信號(hào)控制逆變器輸出，通過(guò)零極點(diǎn)配置使受控系統(tǒng)從三階系統(tǒng)降為一階系統(tǒng)，即可簡(jiǎn)化控制算法，改善控制性能。
【專利說(shuō)明】基于單電流環(huán)控制的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電網(wǎng)變換器的控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于單電流環(huán)控制的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓源型并網(wǎng)逆變器具有輸出電流諧波含量低、功率因數(shù)調(diào)節(jié)以及能量雙向流動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，體積小且重量輕，因此在有源濾波、電力傳動(dòng)以及太陽(yáng)能等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]并網(wǎng)逆變器一般采用高頻PWM調(diào)制技術(shù)，可能導(dǎo)致大量的高次諧波電流注入電網(wǎng)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓造成污染，甚至嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的運(yùn)行和工作，并網(wǎng)電流必須經(jīng)過(guò)濾波裝置才能符合并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，因此，并網(wǎng)逆變器交流側(cè)輸出濾波器的選擇與設(shè)計(jì)尤為重要。進(jìn)網(wǎng)濾波器結(jié)構(gòu)主要有L、LC、LCL和LLCL四種形式，單電感L型濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是其對(duì)高頻諧波衰減特性不夠理想，需要較大的電感量或者需要采用較高的開(kāi)關(guān)頻率才能獲取較為良好的電流衰減效果，在大中功率的并網(wǎng)逆變器中，一般采用LC型濾波器或帶阻尼電阻的LCL型濾波器；而備受關(guān)注的LLCL濾波器在實(shí)際應(yīng)用中比較少見(jiàn)。
[0004]LLCL濾波器通過(guò)在傳統(tǒng)LCL濾波器的濾波電容支路中串聯(lián)一個(gè)電感值較小的電感，和濾波電容組成一個(gè)串聯(lián)諧振支路，其串聯(lián)諧振頻率設(shè)置在開(kāi)關(guān)頻率處，相比于LCL濾波器更能夠?qū)﹂_(kāi)關(guān)頻率處的電流諧波進(jìn)行衰減。但是由于濾波器屬于三階系統(tǒng)，存在諧振峰值，在諧振電流的激發(fā)下，容易導(dǎo)致變流器控制的不穩(wěn)定，因此需要采取一定的諧振抑制措施。
[0005]目前解決上述問(wèn)題的方法主要有:(I)被動(dòng)阻尼法，即在LLCL濾波器的串聯(lián)諧振支路上串聯(lián)阻尼電阻對(duì)諧振起到衰減作用；(2)主動(dòng)阻尼法，即通過(guò)控制算法的改進(jìn)來(lái)消除諧振，在電流控制環(huán)中通過(guò)零極點(diǎn)配置對(duì)諧振的極點(diǎn)進(jìn)行消除。前者不需要增加額外的控制算法，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是串聯(lián)阻尼電阻需要消耗較大的有功功率，給系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)，尤其是大功率應(yīng)用場(chǎng)合，往往需要為阻尼電阻增加專門的冷卻裝置，此外，阻尼電阻設(shè)計(jì)過(guò)大則損耗較大而降低了發(fā)電效率，阻尼電阻偏小則在弱電網(wǎng)接入時(shí)會(huì)因電網(wǎng)電感較大而導(dǎo)致阻尼效果被削減。后者需要額外增加電壓傳感器或者電流傳感器或者額外的復(fù)雜控制算法，增加了系統(tǒng)的硬件電路成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有LCL濾波并網(wǎng)逆變器電流控制時(shí)存在的系統(tǒng)穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差和諧波失真等問(wèn)題，本發(fā)明將LLCL濾波器的串聯(lián)諧振支路的電容和/或電感分別按電容容量比值和/或電感感抗比值分成并聯(lián)的2個(gè)電容和/或電感，并提出了一種基于單電流環(huán)控制的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器。
[0007]本發(fā)明的基本思想為:
[0008]由于諧振的最主要特點(diǎn)是電容電流的急劇增加，所以以電容電流為附加反饋量的虛擬電阻法在主動(dòng)阻尼中最為常見(jiàn)。若采用單電流環(huán)控制將LLCL濾波器的電容和/或電感按特定比例分成并聯(lián)的前后2個(gè)電容和/或電感，通過(guò)測(cè)量前后2電容或電感的中間電流作為反饋信號(hào)控制逆變器輸出，通過(guò)零極點(diǎn)配置使受控系統(tǒng)從三階系統(tǒng)降為一階系統(tǒng)，即可簡(jiǎn)化控制算法，改善控制性能。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0010]一種基于單電流環(huán)控制的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器，包括相互連接的并網(wǎng)逆變器和LLCL濾波器，LLCL濾波器包括與并網(wǎng)逆變器輸出端相連的并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1、與三相電網(wǎng)電源相連的電網(wǎng)側(cè)電抗器L2和串聯(lián)諧振支路，并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器LdP電網(wǎng)側(cè)電抗器L2順序串聯(lián)連接，串聯(lián)諧振支路連接于并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1和電網(wǎng)側(cè)電抗器L2的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上；所述的串聯(lián)諧振支路由電容Cfl、Cf2并聯(lián)后與電感Lf串聯(lián)構(gòu)成，其中，Cfl/Cf2=L2/L10[0011]一種基于單電流環(huán)控制的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器，包括相互連接的并網(wǎng)逆變器和LLCL濾波器，LLCL濾波器包括與并網(wǎng)逆變器輸出端相連的并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1、與三相電網(wǎng)電源相連的電網(wǎng)側(cè)電抗器L2和串聯(lián)諧振支路，并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器LdP電網(wǎng)側(cè)電抗器L2順序串聯(lián)連接，串聯(lián)諧振支路連接于并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1和電網(wǎng)側(cè)電抗器L2的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上；所述的串聯(lián)諧振支路由電感Lfl、Lf2并聯(lián)后與電容Cf串聯(lián)構(gòu)成，其中，LflZlf2=L1/!^
[0012]一種基于單電流環(huán)控制的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器，包括相互連接的并網(wǎng)逆變器和LLCL濾波器，LLCL濾波器包括與并網(wǎng)逆變器輸出端相連的并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1、與三相電網(wǎng)電源相連的電網(wǎng)側(cè)電抗器L2和串聯(lián)諧振支路，并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器LdP電網(wǎng)側(cè)電抗器L2順序串聯(lián)連接，串聯(lián)諧振支路連接于并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1和電網(wǎng)側(cè)電抗器L2的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上；所述的串聯(lián)諧振支路包括電容Cfl和電感Lfl串聯(lián)構(gòu)成的第一串聯(lián)支路及電容Cf2和電感Lf2串聯(lián)構(gòu)成的第二串聯(lián)支路，第一串聯(lián)支路和第二串聯(lián)支路相并聯(lián)，其中，CnZCf2=L2/Li，Lfi/Lf2_Li/Lgo
[0013]一種LLCL濾波并網(wǎng)逆變器的單電流環(huán)控制方法，以所述的LLCL濾波器的串聯(lián)諧振支路中并聯(lián)的電容或電感間的中間電流為電流反饋控制對(duì)象做單電流環(huán)控制，通過(guò)零極點(diǎn)配置使受控系統(tǒng)從三階系統(tǒng)降為一階系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象傳遞函數(shù)零極點(diǎn)對(duì)消。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0015]本發(fā)明基于單電流環(huán)控制的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器，通過(guò)被控對(duì)象傳遞函數(shù)零極點(diǎn)對(duì)消，實(shí)現(xiàn)了被控制系統(tǒng)由三階降為一階，從而使系統(tǒng)輸出具有較小的穩(wěn)態(tài)誤差和較強(qiáng)的諧波抑制能力，并能簡(jiǎn)化逆變器的控制，改善其控制性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為常規(guī)LLCL濾波并網(wǎng)逆變器電路結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器的第一種具體實(shí)施方案電路結(jié)構(gòu)圖，其中，圖(a)為電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，圖(b)為中間電流反饋控制框圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器的第二種具體實(shí)施方案電路結(jié)構(gòu)圖，其中，圖(a)為電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，圖(b)為中間電流反饋控制框圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器的第三種具體實(shí)施方案電路結(jié)構(gòu)圖，其中，圖(a)為電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，圖(b)為中間電流反饋控制框圖。
[0020]附圖中各符號(hào)及標(biāo)識(shí)說(shuō)明:[0021]E-逆變器輸入電壓；Ui_逆變器輸出電壓；ug_電網(wǎng)電壓；Uc;-LLCL濾波器串聯(lián)諧振支路電壓；sal、Sbl、Sa2、Sb2-絕緣柵雙極晶體管^1-并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器電感；i1-并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器電流；l2-電網(wǎng)側(cè)電抗器電感；i2-電網(wǎng)側(cè)電抗器電流；cf-串聯(lián)諧振支路濾波電容；Lf-串聯(lián)諧振支路濾波電感；Cfl、Cf2-串聯(lián)諧振支路濾波電容Cf分成的兩電容；Lfl、Lf2-串聯(lián)諧振支路濾波電感Lf分成的兩電感；i12_串聯(lián)諧振支路中并聯(lián)的電容或電感間的中間電流；?.+ _基準(zhǔn)電流。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]圖1為常規(guī)LLCL濾波并網(wǎng)逆變器電路結(jié)構(gòu)圖，常規(guī)LLCL濾波并網(wǎng)逆變器包括相互連接的并網(wǎng)逆變器和LLCL濾波器，LLCL濾波器包括與并網(wǎng)逆變器輸出端相連的并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1、與三相電網(wǎng)電源相連的電網(wǎng)側(cè)電抗器L2和串聯(lián)諧振支路，串聯(lián)諧振支路為串聯(lián)的濾波電感Lf和濾波電容Cf ;并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1和電網(wǎng)側(cè)電抗器L2順序串聯(lián)連接，串聯(lián)諧振支路連接于并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1和電網(wǎng)側(cè)電抗器L2的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上。
[0024]圖2~4為本發(fā)明LLCL濾波并網(wǎng)逆變器的三種【具體實(shí)施方式】。見(jiàn)圖2 (a)，該電路是將圖1中LLCL濾波器串聯(lián)諧振支路中的濾波電容Cf分為兩并聯(lián)電容Cfl和Cf2，然后將并聯(lián)電容Cfl和Cf2與濾波電感Lf串聯(lián)，再通過(guò)測(cè)量電容中間電流i12并將中間電流i12作為反饋信號(hào)控制逆變器輸出。
[0025]見(jiàn)圖3 Ca),該電路是將圖1中LLCL濾波器的串聯(lián)諧振支路中的濾波電感Lf分為兩并聯(lián)電感Lfl和Lf2，然后將`并聯(lián)電感Lfl和Lf2與濾波電容Cf串聯(lián)，再通過(guò)測(cè)量電感中間電流i12并將中間電流i12作為反饋信號(hào)控制逆變器輸出。
[0026]見(jiàn)圖4 (a)，該電路將圖1中LLCL濾波器的串聯(lián)諧振支路中的濾波電容Cf分為電容Cfl和Cf2，將圖1中LLCL中濾波器的串聯(lián)諧振支路中的濾波電感Lf分為電感Lfl和Lf2,將電容Cfl和電感Lfl串聯(lián)，將電容Cf2和電感Lf2串聯(lián)，將兩串聯(lián)支路并聯(lián)，通過(guò)測(cè)量這兩個(gè)并聯(lián)支路的中間電流i12并將中間電流i12作為反饋信號(hào)控制逆變器輸出。
[0027]見(jiàn)圖1，忽略LLCL濾波器中電感與電容的寄生參數(shù)，可分別導(dǎo)出逆變輸出電流^和電網(wǎng)電流i2相對(duì)于逆變輸出電壓Ui的信號(hào)增益，即輸出濾波器的傳遞函數(shù)
, W、C11 /:(λ')分別為:
Gu ,.(S) = Ail


(L., + Lf)C, s2+I
[0028]=-:----；-

(LlL2Ci +(L1+ L1)LtCl)s'+ (L1 + LJs

((\-a)L + L()Ct s2+I
Ls((6i(l— + Z^j)(.y s +1)(I)[0029]
【權(quán)利要求】
1.基于單電流環(huán)控制的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器，包括相互連接的并網(wǎng)逆變器和LLCL濾波器，其特征是: 所述的LLCL濾波器包括與并網(wǎng)逆變器輸出端相連的并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1、與三相電網(wǎng)電源相連的電網(wǎng)側(cè)電抗器L2和串聯(lián)諧振支路，并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1和電網(wǎng)側(cè)電抗器L2順序串聯(lián)連接，串聯(lián)諧振支路連接于并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1和電網(wǎng)側(cè)電抗器L2的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上；所述的串聯(lián)諧振支路由電容Cfl、Cf2并聯(lián)后與電感Lf串聯(lián)構(gòu)成，其中，Cfl/Cf2=L2/L10
2.基于單電流環(huán)控制的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器，包括相互連接的并網(wǎng)逆變器和LLCL濾波器，其特征是: 所述的LLCL濾波器包括與并網(wǎng)逆變器輸出端相連的并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1、與三相電網(wǎng)電源相連的電網(wǎng)側(cè)電抗器L2和串聯(lián)諧振支路，并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1和電網(wǎng)側(cè)電抗器L2順序串聯(lián)連接，串聯(lián)諧振支路連接于并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1和電網(wǎng)側(cè)電抗器L2的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上；所述的串聯(lián)諧振支路由電感Lfl、Lf2并聯(lián)后與電容Cf串聯(lián)構(gòu)成，其中，LflZlf2=L1/!^
3.基于單電流環(huán)控制的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器，包括相互連接的并網(wǎng)逆變器和LLCL濾波器，其特征是: 所述的LLCL濾波器包括與并網(wǎng)逆變器輸出端相連的并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1、與三相電網(wǎng)電源相連的電網(wǎng)側(cè)電抗器L2和串聯(lián)諧振支路，并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1和電網(wǎng)側(cè)電抗器L2順序串聯(lián)連接，串聯(lián)諧振支路連接于并網(wǎng)逆變器側(cè)電抗器L1和電網(wǎng)側(cè)電抗器L2的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上；所述的串聯(lián)諧振支路包括電容Cfl和電感Lfl串聯(lián)構(gòu)成的第一串聯(lián)支路及電容Cf2和電感Lf2串聯(lián)構(gòu)成的第二串聯(lián)支路，第一串聯(lián)支路和第二串聯(lián)支路相并聯(lián)，其中，CflZiCf2=L2Zl1，Lfi/Lf2—L1ZL2 ο
4.如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的LLCL濾波并網(wǎng)逆變器的單電流環(huán)控制方法，其特征是: 以LLCL濾波器的串聯(lián)諧振支路中并聯(lián)的電容或電感間的中間電流為電流反饋控制對(duì)象做單電流環(huán)控制，通過(guò)零極點(diǎn)配置使受控系統(tǒng)從三階系統(tǒng)降為一階系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】H02M7/5387GK103516248SQ201310444613
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】查曉明, 鄧凱, 賴曉理, 黃坡, 劉飛, 孫建軍, 宮金武, 瞿李峰 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)