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基于分裂电容法的LCL并网逆变器控制策略分析与改进

北极星智能电网在线  来源:电工技术学报    2015/11/6 11:03:29  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:南京航空航天大学自动化学院的研究人员庄超、叶永强等,在2015年第16期《电工技术学报》上撰文指出,在目前已有的LCL并网逆变器电流控制方法中,分裂电容法作为一种单电流反馈控制方法,通过降阶实现了较小的稳态误差和电流谐波失真,然而传统的分裂电容法未能解决LCL滤波器固有的谐振问题。

经分析发现分裂电容法降阶过程中对消掉的极点为临界稳定极点,使得电流反馈中不包含谐振频率处的分量,闭环系统不完全能控。采用加入无源阻尼的方法并合理配置阻尼电阻的比例关系,既实现了降阶特性也改善了滤波器的谐振特性。

在此基础上,为了更好地抑制电网扰动,推导了适用于分裂电容法的电网电压前馈策略。经过仿真与实验,验证了理论分析的正确性和改进方法的有效性。

随着能源危机的加剧和智能电网的发展,有关新能源的分布式发电日益受到重视。输出滤波器作为连接发电设备与电网的桥梁,近年来受到了广泛的关注和研究。就并网逆变器的输出滤波而言,LCL滤波器由于加入了电容支路,能用较小的电感更好地抑制开关频率附近的高次谐波,具有成本和功率密度低的双重优势。

忽略寄生参数的影响,LCL滤波器可近似为一个无阻尼的三阶系统;在LCL的谐振频率处,其幅频特性曲线上存在一个增益为无穷大的谐振尖峰,该尖峰会放大谐振频率附近的干扰,显著地影响系统的闭环控制特性。尽管实际LCL滤波器元件的等效串联电阻(EquivalentSeriesResistance,ESR)使得谐振尖峰有所减小,但这样的阻尼效果很弱。另外LCL滤波器的相频特性在谐振频率处由90°突变到270°。

为保证一定的相位裕度,截止频率必须设置在谐振频率之前,通常是1/4~1/2。采用常规PI控制时,受限于截止频率的设置,易使系统的低频开环增益不足,难以实现较小的稳态误差和抗扰动能力;而采用比例谐振(Proportional-Resonant,PR)需要设置多个谐振补偿环节且多个谐振补偿环节的权重设计也较复杂。

因此许多文献针对这一问题进行了分析并提出了改善LCL滤波器控制特性的方法。通过引入无源阻尼的方法达到抑制谐振尖峰的目的,简单方便但会使滤波性能变差,且不能解决系统截止频率过低的问题。

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