一种提高弱电网下LCL型并网逆变器鲁棒性的相位超前补偿策略

LCL型并网逆变器中,电容电流反馈有源阻尼法可以有效抑制LCL滤波器的谐振。但是,数字控制延时会改变电容电流反馈有源阻尼效果,从而影响系统对电网阻抗的鲁棒性。为削弱数字控制延时的不利影响,提出相位超前补偿方法以补偿电容电流反馈的控制延时。通过分析不同谐振频率下系统的稳定性,得出改进后系统的增益裕度要求都能被满足,并设计出相位超前补偿器的参数。接着,为保证电网阻抗变化时系统的稳定性,给出电容电流反馈系数的设计方法。当采用选取的电容电流反馈系数时,分析加入相位超前补偿器前后的闭环极点轨迹。最后,通过一台1kW原理样机,验证了所提出理论研究的有效性。     

弱电网下抑制谐波谐振的LCL型并网逆变器鲁棒性CCFAD方法

LCL型并网逆变器采用电容电流反馈有源阻尼在弱电网下进行并网电流控制时，如果系统环路谐振频率高于1/6的采样频率，数字控制延时会导致并网逆变器在较宽范围变化的电网阻抗影响下鲁棒性较差甚至失稳。通过分析指出，电容电流反馈有源阻尼环路可等效为并联在滤波电容两端的虚拟阻抗Z_eq(s),表现出的负阻特性是造成系统失稳的主要原因。鉴于此，提出一种采用负一阶惯性环节进行电容电流反馈有源阻尼的鲁棒性方法，在电容电流阻尼环路中引入惯性环节，利用频率稳定性分析对所提方法进行详细论述，并给出相关参数的设计过程。理论分析表明，该方法可保证Z_eq(s)在LCL滤波器谐振频率有效范围内始终处于正阻特性范围，不仅提高系统的稳定裕度，并网系统的谐波谐振也得到抑制。此外，该方法具有较好的灵活性，当采用电容电压反馈有源阻尼控制并进行锁相时，可节省一组电流传感器的使用。最后，通过实验验证了所提方法的有效性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

弱网下风电LCL并网逆变器有源阻尼控制研究

为解决弱网阻抗变化时并网逆变器有源阻尼方法存在的阻尼失效问题,这里从考虑数字控制延时的有源阻尼阻抗特性出发,对弱网下有源阻尼失效的原因进行分析,提出了一种相位超前补偿的改进有源阻尼方法,减小数字控制延时对系统正阻尼区间的影响,拓宽了系统正阻尼区间,提高了谐振抑制效果,使并网逆变器在弱网下保持谐振阻尼的有效性和良好的稳定性。设计并搭建了一台LCL型中点箝位型(NPC)三电平并网逆变器实验样机,实验结果表明该方法可以拓宽系统正阻尼区间,使并网逆变器在不同的电网阻抗下能可靠稳定运行,提高其并网电流质量。     

LCL型并网逆变器临界无源阻尼参数设计

LCL滤波器因其良好的滤波性能被广泛应用于并网逆变器系统中。然而,LCL滤波器的固有谐振特性以及数字控制延时会严重危及系统稳定性。为提高系统鲁棒性,工程上通常采用无源阻尼方法以抑制滤波器谐振。由于滤波器谐振问题受多种因素影响,阻尼电阻的选取标准通常是模糊的。为准确、高效地设计阻尼电阻,文章结合阻尼电阻与滤波电容串联和与滤波电容并联两种典型无源阻尼方法,推导分析了“临界阻尼”指标。当系统阻尼大于临界阻尼时,LCL滤波器幅频特性曲线上的谐振峰被完全抑制,同时以最少的无源阻尼损耗为代价,充分保证了基于LCL滤波器的并网逆变器系统稳定性。此外,文章在PLECS软件中进行三相并网逆变器系统仿真,仿真结果验证了理论分析的有效性和正确性。     

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。     

计及并网电流控制影响的弱电网下LCL滤波器参数优化设计

现有的LCL滤波器设计方法未能有效兼顾逆变器电流控制对滤波器设计的限制以及电网阻抗对并网稳定性的约束。文章通过建立含数字延迟的弱电网下LCL滤波并网逆变器模型,得到控制性能及并网稳定性对参数设计的约束条件,建立以损耗最小、成本最低、提高对电网阻抗适应能力、提升电流跟踪性能为子目标的多目标优化模型,并采用目标函数离差排序法确定权重系数,自适应权重PSO求解。该设计方案在保证滤波性能和制造成本的同时,增强了LCL并网逆变器在弱电网下的稳定裕度。最后,通过仿真分析验证了该设计方案的正确性与有效性。     

基于电网阻抗的并网逆变器准比例谐振控制

随着新能源大规模接入电网,新能源并网逆变器在与电网交互引发的次/超同步振荡问题引起了广泛关注。此类振荡问题与并网逆变器的输出阻抗和电网阻抗特性密切相关。采用谐波线性化方法建立了三相LCL型并网逆变器的小信号输出阻抗模型,分析了不同电流控制策略对其输出阻抗的影响,通过阻抗比奈奎斯特判据分析了电网阻抗变化对系统稳定的影响。采用无源阻尼与有源阻尼相结合的方法抑制LCL滤波器的固有谐振尖峰,再根据公共耦合点电网阻抗的变化调节准比例谐振（quasi proportional resonance,QPR）控制器参数以及电容电流反馈系数,使系统阻尼基本保持不变,增强系统鲁棒性,确保系统稳定运行。时域仿真与数值分析结果证明了所提控制策略的有效性。     

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-filter resonance suppression in grid-connected inverter based on strictly real positive plant strategy

Resonance is one of the most significant challenges in a voltage source inverter interfaced with the grid through an LCL filter. The capacitor current (CC) damping control methodology is considered due to its high-quality of grid injected current feature. It is widely accepted that the proportional CC feedback compensation damping method becomes ineffective at critical resonance frequency due to control loop delays and may result in an unstable system under grid impedance or filter parameters variations. A suitable differential compensator placed in the CC feedback path can address this issue with a trade-off between robustness and noise rejection capability. This paper offers a different design method called parallel feedforward compensation (PFC) method, which builds an almost strictly real positive (ASRP) plant and realized damping with enhanced stability features. In the proposed alternative, a compensator consisting of a damping gain and a sampled delay is placed across the filter plant and filter CC feedback loop and the joint output of this augmented plant is then transmitted back at the reference point on the input side of the inverter to attenuate the undesirable resonance peak. The control response and stability performance analysis show that the suggested methodology offers a wide damping region, high robustness, and improved control performance. Simulation and experimental results are presented to confirm the theoretical findings.     

基于占空比预测与零极点结合的LCL型逆变器延时补偿方法

LCL型并网逆变器数字控制中延时环节对系统稳定性的影响不可忽略。分析发现,网侧电流数字单环鲁棒性不足,需要采用额外的有源阻尼方法增强阻尼,但传统的数字电容电流反馈有源阻尼方法带来了内环数字延时,使电容电流内环等效虚拟电阻不再保持纯电阻特性,增大了系统保持稳定的难度,因此提出一种预测占空比结合零极点补偿控制延时的方法。通过预测控制算法得到占空比和增加零极点,有效地补偿了系统数字延时,消除了采样计算等产生的一拍延时和零阶保持器产生的半拍延时,使系统在有源阻尼方法下能有效地起到增强阻尼的作用。算法设计简单,系统稳定性加强。仿真和实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

提高并网逆变器在弱电网下稳定性的虚拟阻抗附加相角补偿控制

在LCL型并网逆变器中,为了减少传感器的使用,并网电流反馈的闭环控制得到了广泛的应用。然而一方面LCL型并网逆变器自身存在谐振现象,从而限制了电流控制器的设计;另一方面,由于弱电网中电网阻抗的存在,使该控制性能下降,对系统稳定产生不利影响。针对上述问题进行改进：一是采用特定的并网电流反馈有源阻尼控制器来虚拟电网侧的串联阻抗,即基于有源阻尼的虚拟阻抗法来抑制谐波尖峰;二是采用相位超前补偿的方法,增大逆变器输出阻抗的相角,极大地减少不稳定区域。保证了当电网阻抗变化时,该系统仍具有较强的稳定性。最后在MATLAB/Simulink上进行仿真,验证了所提方法的有效性和可行性。