提高LCL型并网逆变器鲁棒性的电容电流即时反馈有源阻尼方法

LCL型并网逆变器对高频谐波的衰减效果显著,但是存在谐振问题。电容电流反馈有源阻尼可有效阻尼LCL滤波器的谐振峰,在模拟控制下,它等效为在滤波电容上并联一个电阻。然而,采用数字控制时,控制延时使其不再等效为一个电阻,而是一个与频率相关的阻抗。并且在高于1/6的采样频率时,该等效阻抗表现出负阻特性,当谐振频率高于1/6的采样频率时,负阻会降低系统对电网阻抗的鲁棒性。特别地,当谐振频率等于1/6的采样频率时,系统无法稳定。为此,该文提出电容电流即时采样方法,以减小电容电流反馈有源阻尼的控制延时,使其更接近于滤波电容并联电阻的特性。这样,不仅提高了系统的鲁棒性,而且,即使谐振频率等于1/6的采样频率,系统也具有很好的稳定性。以单相LCL型并网逆变器为例,进行实验验证,实验结果证明了所提出的电容电流即时采样方法是有效的。     

一种改进型并网逆变器控制策略的研究

由于数字控制延时的影响,LCL型并网逆变器稳定区间仅为(0,f_s/6)(f_s为采样频率)。弱电网下宽范围的电网阻抗变化会使得LCL型并网逆变器谐振频率发生偏移,若谐振频率大于f_s/6,会严重影响系统的稳定性。针对此问题,这里在传统的电容电流反馈有源阻尼(CCFAD)控制策略的基础上,引入一阶高通滤波器(HPF)反馈环节,拓展系统最大正负阻尼分界频率至任意的f_R∈(f_s/6,f_s/3)扩大了系统的稳定区间,使并网逆变器在弱电网下具有强鲁棒性,最后搭建一台样机进行了实验验证。     

LCLLC并网逆变器有源阻尼的延迟补偿方法

针对电容电流反馈的有源阻尼用于抑制LCLLC并网逆变器控制系统的谐振尖峰时,数字控制系统存在的延时会导致系统失稳的问题,提出一种超前相位补偿方法。当电网阻抗变化时,LCLLC滤波器的谐振频率会靠近采样频率的1/6,有源阻尼不能有效抑制谐振,导致系统失稳,通过在电容电流反馈回路中设计串联超前相位补偿器,有效降低系统延时的影响,提高系统应对电网阻抗变化时的鲁棒性。通过搭建一台3 kVA的单相LCLLC并网逆变器样机,验证了所提方法的有效性。     

基于有源阻尼的多逆变器并网谐振抑制

由于电网阻抗的耦合作用,基于LCL滤波器并网的光伏逆变器之间会产生并联谐振。针对多逆变器并网的谐振问题,提出了一种基于多逆变器并网闭环控制模型的有源阻尼控制策略。基于多逆变器并网拓扑,依据戴维南等效定理建立了多逆变器并网的闭环数学模型,分析了多逆变器之间的谐振机理;采用电容电流反馈构成有源阻尼以抑制并网谐振,给出了基于滤波电容电流反馈的多逆变器并网闭环控制框图;依据谐振阻尼表达式研究了有源阻尼系数对并网系统的稳态及动态特性的影响。在三台10 k W并网逆变器上进行了无阻尼环并网控制算法与加入有源阻尼环控制算法的对比实验,实验结果表明了所提出的有源阻尼控制方法的有效性和可行性。     

三相光伏并网逆变器电网高阻抗谐振抑制方法

针对电网电压高阻抗LCL滤波器谐振问题,提出一种虚拟电阻+电容有源阻尼方法。该方法将虚拟电阻和电容串联之后与三相光伏并网逆变器的滤波电容并联。通过滤波电容电压得到虚拟电阻和电容支路的电流,将虚拟电阻和电容支路的电流作为LCL滤波器谐振抑制有源阻尼电流给定。通过逆变侧电流闭环控制,实现对三相光伏并网逆变器电网高阻抗LCL滤波器谐振抑制。建立15 k W的T型三电平三相光伏逆变器平台,对所提有源阻尼方法进行稳态实验,实验结果验证所提方法的可行性和正确性。     

基于PI调节器和电容电流反馈有源阻尼的LCL型并网逆变器闭环参数设计

基于电容电流反馈的有源阻尼是实现LCL型并网逆变器谐振峰阻尼的一种有效方法,PI调节器因其简单有效而常用于并网电流的控制。针对基于PI调节器和电容电流反馈有源阻尼的LCL型单相并网逆变器,详细分析PI调节器参数和电容电流反馈系数等闭环参数对系统性能的影响,通过对并网电流稳态误差、系统相位裕度和幅值裕度的分析,得到满足上述要求的PI调节器参数和电容电流反馈系数的取值范围,结合实际应用需要就可从中优化选取出合适的闭环参数。所提出的闭环参数设计方法不需要反复试凑,不仅可以有效阻尼LCL滤波器谐振峰,而且可以使系统具有高鲁棒性、快速动态响应性能和低稳态误差。实验结果证明了所提出的闭环参数设计方法是有效的。     

一种提高LCL型并网逆变器电流控制性能的延时补偿方法

电容电流反馈有源阻尼广泛应用于LCL型并网逆变器中,可有效抑制系统的谐振尖峰。然而,在数字控制系统中,控制延时的存在会改变电容电流反馈有源阻尼的特性,使其等效在滤波电容两端的电阻的正负分界频率为fs/6,影响并网逆变器的稳定性和对电网阻抗的鲁棒性;同时,控制延时还会导致系统相位滞后,使得控制环路带宽受到限制。为此,提出一种兼顾有源阻尼特性和环路带宽的延时补偿方法,将有源阻尼等效电阻的正负分界频率扩大到0.43fs,大大提高系统的鲁棒性和动态性能。搭建一台3kW的单相LCL型并网逆变器样机,对比分析和实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于双二阶滤波器的LCL型并网逆变器延时补偿方法

为了抑制LCL型滤波器的谐振尖峰,电容电流反馈有源阻尼被广泛应用于LCL型并网逆变器中。由于数字控制延时带来的不利影响,电容电流反馈有源阻尼的阻尼性能被严重削弱。负阻尼区域出现在到之间,减弱了并网逆变器的稳定性和对电网阻抗变化下的鲁棒性。在电容电流反馈通道上插入一个双二阶滤波器来补偿数字控制延时带来的相位滞后,正阻尼范围可以扩展到,从而实现了对电网阻抗变化的高鲁棒性。选择了合适的离散化方法,分析了补偿后的系统稳定性。提出了一个详细的闭环参数设计流程,以获得良好的控制性能。最后,实验结果验证所提方法的有效性和参数设计流程的可行性。     

弱电网下LCL型并网逆变器高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼策略

并网电流反馈有源阻尼(grid-current-feedback-active-damping,GCFAD)策略可以在不增加额外传感器的前提下,有效抑制LCL型并网逆变器的谐振尖峰。在电网电压畸变的工况下,GCFAD策略往往与电网电压前馈策略同时使用以改善并网电流质量。然而,通过研究发现,传统GCFAD策略等效虚拟阻抗在中低频段的正阻特性会导致并网逆变器输出阻抗在中频段产生一定的相位滞后,从而降低了系统在电网电压畸变且附加电网电压前馈策略的情况下,对电网阻抗变化的鲁棒性。为了解决这一问题,提出了一种高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼(high robustness grid-current-feedback-active-damping,HR-GCFAD)策略,使虚拟阻抗在高频处呈现正阻特性以抑制LCL谐振尖峰,增强了系统的稳定性;在中低频段呈现负阻特性以提高系统中频段输出阻抗相位,进而提高了系统在附加电网电压前馈策略时对电网阻抗变化的鲁棒性。理论分析和实验结果充分验证了所提策略的有效性。     

一种LCL滤波器有源阻尼策略与设计方法

针对LCL滤波器的谐振峰特性会导致系统不稳定、中大功率变流器中无源阻尼方法的阻尼损耗会引起严重发热问题,根据LCL滤波器的传递函数和电容支路电流对系统阻尼的影响,提出一种电容支路电流反馈有源阻尼策略和反馈参数设计方法。研究了电容支路电流反馈有源阻尼策略对系统谐振峰增益和开关频率处增益的影响,将该有源阻尼策略和无源阻尼法进行了对比研究,得出电容支路电流反馈有源阻尼控制策略反馈参数的设计方法。对带有LCL滤波器的并网逆变器进行了仿真研究,仿真结果表明这种有源阻尼策略能有效抑制LCL滤波器的谐振峰,降低输出电流在谐振频率处谐波,增加系统的稳定性。     

抑制谐波谐振的并网逆变器机侧电流反馈的CVFAD设计方法

LCL型并网逆变器机侧电流反馈控制较并网电流反馈控制具有更高的稳定性。但受数字控制延时的影响,系统的稳定性取决于谐振频率与采样频率的比值。且谐振频率附近存在一个谐波放大频域,在弱电网工况下易引发谐波谐振现象。而传统机侧电流反馈的双环控制方法受带宽限制,无法达到理想的稳定分界频率。针对该问题,提出一种电容电压有源阻尼的新型控制方法。该方法采用电容电压反馈内环提升系统阻尼效果,通过附加电容电压反馈回路使得系统开环零点重新配置,达到消除反向谐振峰的目的。理论分析表明,所提方法拓宽了系统稳定区间,不仅消除了谐波放大频域,且在电网阻抗宽范围变化时,系统始终具有较高的鲁棒性和控制性能。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

LCL型三相并网逆变器自适应控制策略及其参数设计

针对LCL型三相并网逆变器,为改善传统控制策略无法适应输出功率变动带来的稳态误差影响,提出一种基于RBF网络的自适应控制策略。该控制策略可根据外界条件变化,不断修正控制器参数,得到最优PI值,增强了系统稳定性和鲁棒性。为解决LCL滤波器产生的谐振问题,采用电容电流反馈有源阻尼控制,给出一种基于系统幅相特性的电容电流反馈有源阻尼系数设计方法。进行了LCL型并网逆变器并网运行仿真。仿真结果验证了所提控制方法及参数设计的正确性和可行性。     

基于阻抗分析法的三相LCL型并网逆变器附加有源阻尼设计

三相LCL型并网逆变器系统中,由于设备与系统间的交互作用可能会造成谐波振荡,严重影响系统正常运行。针对该问题,采用谐波线性化的方法,计及耦合补偿项网侧电压的影响修正阻抗模型,建立了修正后的三相LCL型并网逆变器序阻抗模型,同时从谐振原理及对数频率稳定性角度进行稳定性分析,揭示光伏并网系统高频谐振产生的机理;基于得到的并网系统阻抗特性,针对结合电容电流反馈及串联超前校正的附加有源阻尼环节,考虑阻抗特性曲线进行阻尼环节参数选取,对易振荡频段进行阻抗重塑。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台验证了该方法的正确性和有效性。研究结果表明:附加有源阻尼环节能有效抑制谐波振荡且具有较好动态特性。     

基于LADRC与模糊自适应的新型有源阻尼谐振抑制策略

针对LCL型并网逆变器固有谐振属性容易引起系统谐振，影响系统稳定性的问题，采用无需增添额外传感器的并网电流反馈有源阻尼(GCFAD)法抑制谐振，并引入高通滤波器(HPF)抑制传统GCFAD中二次微分环节对高频谐波电流的放大效应。为应对电网阻抗变化导致谐振频率偏移时阻尼参数难以根据系统变化进行实时调节，提出一种基于线性自抗扰的新型并网电流反馈模糊自适应有源阻尼控制策略(FHPF-LADRC)，进一步提高系统的鲁棒性。使用频域分析法分析新型有源阻尼控制对抑制系统谐振峰值和高频谐波衰减的效果，通过仿真结果验证了新型有源阻尼控制策略不仅有效提高系统阻尼效果，还增强系统稳定性和谐波抑制力，具有较好的可行性。     

多机并网逆变系统建模分析及谐振抑制研究

考虑并网逆变器PWM调制的谐波源特性,针对多机并网逆变系统中LCL滤波器与电网阻抗耦合所引起的谐波增大甚至谐振的问题进行建模,分析其谐振机理.在逆变器电流环控制中引入电容电压反馈作为有源阻尼,使多机并网时逆变器输出电流满足并网条件.仿真对比加入有源阻尼前后多机并网的效果,证明所用的控制策略能削弱并网点电压和电流的谐振,改善并网环境.     

三相并网逆变器的LCL滤波器设计及其有源阻尼策略研究

在系统输入、输出模型与传递函数的基础上,针对含LCL滤波器的三相并网逆变器提出了一种优先考虑滤波效果的LCL滤波器设计方法。为了抑制LCL滤波器的固有谐振,在基于同步旋转坐标系的三相并网逆变器控制中,提出了一种电容电流反馈有源阻尼法。最后通过仿真和实验对本文提出方法的正确性和有效性进行了证明。     

提高LCL型并网逆变器电流控制性能的双采样模式实时运算方法

LCL滤波器对开关谐波具有很强的抑制能力,被广泛应用于并网逆变器中。为了抑制LCL滤波器的谐振尖峰,通常采用电容电流反馈进行有源阻尼。但是采用数字控制时,反馈信号的采样和控制算法的计算会引入一拍滞后的延时,改变有源阻尼的特性,使得控制系统对电网阻抗的鲁棒性较差;同时,该延时还会降低系统的相位,严重限制并网电流环的环路增益和带宽的提高。为此,提出双采样模式的实时运算方法,完全消除了有源阻尼内环和并网电流外环的计算延时,因此可大大提高并网逆变器的系统鲁棒性和电流控制性能。同时,与传统方法相比,双采样模式实时运算方法还可延长采样时刻与开关管开关时刻之间的时间间隔,从而有效地避免了高频开关噪声对采样信号的影响,提高了逆变器的抗噪性能。以单相LCL型并网逆变器为例,进行实验验证。实验结果证明了所提出的双采样模式实时运算方法是有效的。     

LCL滤波器的新型有源阻尼控制

针对光伏并网变换器所采用的LCL滤波器,首先分析了其采用三种无源阻尼方案时的频率特性。然后,根据串并联混合型无源阻尼方案系统传递函数框图变换,提出了一种采用电容电流PI反馈的新型有源阻尼控制方案。随后,利用阻抗模型研究了串联电阻无源阻尼方案、电容电流比例反馈有源阻尼方案和电容电流PI反馈有源阻尼方案对逆变器特性的影响。结果表明,电容电流PI反馈方案可以有效地增加LCL滤波器谐振频率处的阻尼,同时也增加了控制的自由度。最后,特征值分析表明新方案具有更大的控制参数稳定域,并利用PSCAD进行了仿真验证。新型有源阻尼方案不仅能够有效抑制LCL滤波器的振荡,而且与传统方案相比性能更佳,具有良好的工程实践价值。     

LCL滤波器有源阻尼控制机制研究

有源阻尼技术是实现LCL滤波器谐振峰值抑制的有效方法,目前已经有多种有源阻尼方案被提出。但已有文献对有源阻尼方案进行分析时均未涉及有源阻尼的机理问题,未给出各方案提出的依据。该文深入分析有源阻尼技术,指出有源阻尼实质上是对系统谐振峰值附近对应的输出频率成分的反馈控制,当该反馈为负反馈时可以实现较好的抑制效果,且反馈深度越深,谐振峰值抑制效果越好。在此基础上,不仅解释了现有基于逆变器侧电感电流、滤波电容电流及其电压反馈控制的有源阻尼技术的本质,还得到了基于包括滤波电容、逆变器侧电感以及网侧电感在内的有源阻尼反馈环节的设计要求,并推演了LCL滤波并网系统中可行的有源阻尼控制方案。实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于无源性的并网逆变器扩展阻尼区域方法研究

三相LCL型并网逆变器通常采用电容电流反馈有源阻尼控制方式,但由于控制延时的存在,使系统的有源阻尼特性在1/6采样频率 fs 处发生改变,在弱电网情况下可能发生系统失稳。针对此问题,提出一种改进电容电流反馈的超前延时补偿方法。该方法基于无源理论的稳定性设计要求,通过对控制内环的稳定性分析,给出了内环控制参数及改进方法下电容电流反馈系数的可行域。通过对控制外环的稳定性分析,给出了外环控制参数的可行域。采用逐步由内环到外环的参数分析及设计流程,将有效正阻尼区域扩展到接近0.45fs,有效保证逆变器输出导纳的无源性。离散稳定性分析与仿真结果表明,在电网阻抗增加、逆变器并联耦合以及滤波器参数波动等工况下,所提方法相较于传统电容电流反馈方法具有更好的系统稳定性、鲁棒性以及动态响应特性。