多引入了一个系统变量作为内环反馈,能够有效地抑制谐振尖峰而不影响滤波器本身的滤波效果,但需要增加一个电流传感器和复杂的内外环参数设计。文献引入了电容电流的估算方法来实现有源阻尼,从而节省了一个电流传感器,但其估算效果取决于算法的鲁棒性和模型参数的准确性。
不同于上述的网侧电流反馈,采用逆变侧电流反馈,通过调节控制系统的数字延时提升了系统的稳定性,但由于是间接电流控制,受到电网电压谐波扰动的影响较大。因此提出了适用于逆变侧电流反馈的电网电压前馈策略。
首次提出分裂电容法来控制LCL并网逆变器,通过零极点对消的方法将三阶系统降为一阶系统,可将控制对象等效为L型滤波器,大大提高了系统开环低频增益和相位裕度。
本文阐述了分裂电容法的谐振电流问题,分析了其谐振产生的理论模型,提出并验证了在两条电容支路上分别串入成比例阻尼电阻的方案,能在保持分裂电容降阶特性不变的基础上,显著地抑制谐振电流。并在此基础上,推导了适用于分裂电容法的电网电压前馈策略来抑制电网电压背景谐波的影响,并分析了前馈策略在实际应用中的有关问题。最后通过Matlab/Simulink软件仿真与一台2kW并网逆变器的实验,验证了理论分析的正确性与所提出控制策略的有效性。
图1单电流反馈的并网逆变电源系统
结论
本文主要分析了分裂电容法导致谐振电流的理论模型。采用串入成比例电阻的无源阻尼法来抑制谐振电流并分析了电网电感变化对系统稳定性和输出导纳的影响。推导了基于分裂电容法的电压前馈策略,以改善电网电压谐波导致的入网电流畸变,并讨论了存在系统延迟下电压前馈策略的有效性。
仿真和实验结果表明针对分裂电容法的分析是正确的,改进是有效可行的。但由于无源阻尼引入了额外损耗,使得该方法适用于小功率场合,在大功率场合可能由于损耗过大而不宜采用。针对这一点,后续工作将在分裂电容的基础上引入有源阻尼来避免额外损耗。
(作者:南京航空航天大学自动化学院的研究人员庄超、叶永强等)