电网谐波畸变下LCL型并网变流器的有源阻尼控制

在dq同步旋转坐标系下建立LCL型并网变流器的模型,并分析了电容电流反馈有源阻尼法削弱LCL型并网变流器内部谐振尖峰的原理。在此基础上,提出基于PIR调节器的有源阻尼控制策略,有效解决了电网背景谐波电压畸变对LCL型并网变流器并网电流的影响,具体为由PI调节器和6k倍频谐振控制器组成的PIR调节器可以起到抑制电网基波电压和6k±1次背景谐波电压的作用。最后采用根轨迹法和频域分析法对PIR控制器的参数进行设计,并通过仿真验证了该控制策略的有效性。     

LCL型并网逆变器电流谐波抑制策略研究

日益增多的非线性设备使电网电压背景谐波含量增加,并导致逆变器的并网电流畸变。为了抑制并网电流谐波,提出了一种改进电网电压比例前馈控制策略,分析LCL型并网逆变器逆变侧电感值以及滤波电容值对电网电压比例前馈控制策略的影响,得到了逆变侧电感和滤波电容的优化选择方法,即根据逆变器的性能需求和设备安全需要,确定LCL型并网逆变器逆变侧电感和滤波电容的取值范围,并据此确定合适的电感值,继而通过选取较小的电容值降低并网电流的谐波含量,最后在LCL型并网逆变器样机中验证了该控制策略和优化方法的有效性。实验结果表明:采用基于滤波参数优化选择的电网电压比例前馈控制策略后,LCL型并网逆变器并网电流的总谐波畸变率由4.04%降至2.58%,对于谐波含量较高的3、5次低次谐波,均由2%降至1%以下,提高了逆变器的性能。     

基于单周期和LCL型有源阻尼Z源逆变器并网研究

Z源逆变器克服了传统电压型逆变器只能降压不能升压、必须加入死区时间等缺点,在实际中得到了广泛应用.针对传统PWM控制和L型、LC型滤波器的缺陷,采用单周期和LCL型有源阻尼控制方案进行三相Z源逆变器并网控制.单周期控制较传统PWM控制具有结构简单、高次谐波含量低等优点,LCL滤波器较LC、L型滤波器滤波性能优越,但谐振峰值会降低系统稳定性,因此,采用滤波电容电流反馈有源阻尼法构成陷波器来矫正LCL滤波器谐振峰值对系统稳定性的影响.最后,在Simulink环境下进行仿真测试,验证了所提方案的可行性和有效性.     

并联型有源电力滤波器输出滤波器的阻尼控制

为了减少电感的使用量,针对三阶电感-电容-电感(LCL)系统容易出现谐振的问题,提出了基于电容电流反馈的有源阻尼控制策略.首先建立了有源滤波器输出LCL滤波的数学模型,推导了LCL系统在高次谐波下的传递函数,由根轨迹图分析出电容电流反馈系数的取值范围,结合系统的幅值裕度,从中优化得到合适的闭环参数,最后在MATLAB中建立了电力系统模型.仿真结果表明:采用电容电流反馈的有源阻尼控制策略得到电流的总谐波失真含量是3.72%,优于采用阻尼电阻控制策略的4.21%.该策略可以很好地对系统的谐波进行补偿,开关频率处纹波衰减率较为理想,系统的稳态和动态性能均满足求.     

单电流闭环多重PR控制的LCL型逆变器

针对LCL型逆变器谐振尖峰以及对并网电能质量影响的问题,采用比例电容电流与并网电流叠加的电流反馈算法消除LCL型逆变器固有谐振尖峰带来的影响,并在比例谐振控制器基础上增加多个谐振环,用于抑制并网电流低频谐波和谐振电流含量,从而提升对电网电流控制的准确性和并网系统的稳定性。最后设计了2kW并网逆变器LCL型滤波器参数,在Matlab/Simulink上仿真与实验平台验证了控制算法的可行性。     

Power Control Based on State Space Strategies for Grid-Oriented Inverters with LCL Filters

面向LCL型并网变换器的状态空间功率控制策略研究

陆春宇,花为,胡铭觐

（东南大学 电气工程学院,南京 211189）

摘要：

针对带LCL滤波器的网侧变换器三阶数学模型,分析了其复杂动态特性及可能影响系统稳定性的谐振问题。为实现LCL型系统的有源阻尼谐振抑制及提升电流调节性能,提出一种考虑参数整定的状态空间电流调节策略,相关参数基于模型等效方法计算获得。相比于传统有源阻尼方法,本文将扩展状态观测器与电流控制策略相结合,有效避免了额外传感器的使用,同时结合滤波策略的同步锁相环能够有效抑制电网电压。最终,基于上述策略构建的双闭环功率调节器能够有效提升功率控制的动态性能及稳态精度。仿真结果验证了调节策略的有效性。

关键词：LCL型并网变换器,状态空间电流控制,同步锁相环,闭环功率控制

     

光伏并网逆变器LCL滤波器参数优化设计

针对光伏并网逆变器LCL滤波器的大纹波电流和高频谐波损耗问题,分析了电感之和、电感比值和滤波电容值、谐振频率以及入网电流之间的关系,提出了一种LCL滤波器参数最优设计方法.分析了LCL滤波器的传递特性并建立了谐波等效模型,研究了滤波参数对谐振频率以及并网电流的影响,根据LCL滤波器的设计约束条件和光伏并网逆变器实例设计了一组最优参数,并进行了仿真研究.结果表明,提出的优化方案不仅能够有效抑制开关频率的高频纹波,还能减小电感取值和阻尼损耗.     

3种并网接口滤波器滤波特性比较研究

在并网变换器和电网之间加入滤波器是产生并网电流、减少电流纹波的必要条件.L型、LCL型和LLCL型滤波器是目前最为常见的3种滤波器.介绍了3类滤波器的拓扑及工作原理,分别从变换器侧开关纹波衰减特性、电网高频谐波抑制能力、参数设计和阻尼策略等4个方面进行了对比分析,结果可为并网变换器滤波器的选择和设计提供参考.     

带LCL滤波器的并网逆变器双环控制参数设计研究

在并网逆变器中采用LCL滤波器,其滤波性能优异,但带有的谐振峰极易引起系统的不稳定。通常情况下,采用有源或无源阻尼控制方案能够降低谐振峰,提高系统稳定性。在采用并网电流外环、电容电流内环的有源阻尼控制时,由于内外环均为电流环,独立设计难以保证双环协调工作。提出了一种对双环控制参数进行整体设计的方法,即按照Butterworth配置出最佳标准传递函数。该方法可以避免多次调试参数,与由ITAE指标得到的系统有最大化的相似,在保证系统稳定的基础上使系统具有一定的鲁棒性。最后在仿真平台上,验证所提方法的正确性和有效性。     

风电并网逆变器无源滤波器设计

在风力发电并网时会存在高次谐波,注入电网后会对电能质量造成危害,网侧对PWM输出电压的滤波必不可少,目前大量采用LCL滤波器代替L、LC滤波器,但LCL滤波器存在谐振现象,增加阻尼消振又会带来功率损耗。针对以上问题提出一种新型滤波器,采用双电解电容并联二极管的LCL结构,给出了参数设计方法。通过仿真分析证明了该新型滤波器解决了谐振带来的不稳定问题,去掉了阻尼电阻,减小了滤波器功耗同时减小了滤波器的体积。     

LCL型SAPF的并联复合电流控制策略

针对传统控制器动态性能差、稳态跟踪精度不高、无法对变化的谐波电流进行实时调整的问题，提出一种基于LCL型有源电力滤波器的并联型复合电流控制策略。将模糊PI控制器和快速重复控制器结合，提高了系统的动态响应速度和稳态补偿精度，并给出了详细的设计方案。为了提高直流侧电容的稳压速度，对电容电压控制设计了模糊PI控制。最后仿真验证了该控制策略的有效性和优越性。     

基于LCL集成滤波器的单相AC-DC变换器

提出一种采用LCL集成滤波器结构的单相AC-DC变换器,在减小滤波器体积的基础上,进一步集成了共模滤波,可降低共模电磁干扰.设计了基于全状态反馈控制模型的电流环来抑制LCL滤波器在谐振频率点的震荡,保证控制的稳定性,并提高整流器响应带宽.使用卡尔曼状态观测器,在不增加外部传感器的情况下,获得状态反馈所需变量的最优估计值.电压环在比例积分(PI)控制器的基础上,通过直流侧功率计算得到交流侧电流前馈值,可在较小的PI参数下提高电压环的响应速度,从而降低直流电压二倍频波动对交流侧电流的畸变影响.变换器具有较高的响应带宽,还可作为主动滤波装置,滤除电网中的谐波电流.基于所提出的电路结构搭建了6k W的实验样机,通过仿真和实验验证了所提出电路及其相应算法的有效性.     

采用LCL滤波器的无电压传感器三相并网逆变器技术

传统三相并网逆变器增设过多的交流电压传感器,降低了系统的可靠性。鉴于此,提出了一种改进型无电压传感器控制策略,与PQ间接电流控制技术相结合,并详细讨论了输出滤波器的建模、设计步骤以及对被动阻尼的要求。在进行LCL滤波系统的参数设计过程中,根据LCL滤波电容的Y型接法和Δ型接法,进行了分类分析和设计。最后,搭建了实物模型对理论分析进行检验,实验验证了所提控制策略的有效性。     

海上风电机组谐波适应性远端检测

重点分析长距离电缆对谐波适应性测试的影响,以空载条件为基准提出基于电缆分布参数模型的海上风电机组谐波适应性远端检测方法。在双馈风机并网负载条件下,分别比较不同电缆长度和电容参数对风机谐振特性的影响。提出风机和风电场层面复合滤波的方法通过在风电机组逆变侧设计并配置LCL有源阻尼滤波器抑制高次谐波,并在公共连接点安装新型C型滤波器,为系统提供无功补偿的同时,消除谐振谐波,有效避免谐振。最后利用Simulink仿真,通过配置滤波器前后的谐波对比验证了所提方法的有效性。     

基于比例谐振和谐波补偿控制技术的单相逆变并网研究

电网电压背景谐波的干扰在并网系统中是不可避免的,这会给并网电流带来大量的低阶谐波.提高开关频率能够抑制低阶谐波,却带来大量的高阶谐波.针对基于比例谐振控制(PR)和谐波补偿(HC)控制器的LCL型单相并网逆变器,详细分析了电流控制器参数对系统性能的影响,通过对并网电流的稳态误差、相位裕度和幅值裕度的分析得出满足要求的控制器各参数选择范围,结合系统的稳定性分析来选择控制器参数.仿真结果证明所给出的控制策略和参数设计方法是可行的.     

有源电力滤波器非线性控制策略研究与实现

电压型有源滤波器的数学模型呈现非线性特性,采用带有电流预测的无源控制算法对有源滤波的变流器进行控制,可使其具备优良的动、静态特性.建立了并网逆变器欧拉-拉格朗日(Euler La-grange,EL)数学模型,证明了电压型有源滤波器的逆变器是严格无源的,因逆变器具有无源性,所以可以控制能量在逆变器中的重新分布,控制器对吸收有功电流和输出无功电流分别进行控制,使系统能精确控制直流端电压以及快速精确跟踪负载的谐波电流、基波无功电流;然后采用计算机仿真和样机试验来进一步验证该算法的正确性,结果表明所研究的非线性控制策略可使有源滤波器具有明显的补偿效果.     

含有储能单元的微电网运行控制技术

含有储能单元的微电网运行控制技术为可再生能源发电的规模化利用提供高效的组织形式和管理手段．搭建包括光伏、风电、储能单元的典型微电网控制系统;光伏、风机采用最大功率跟综控制,以保证风能和光能的最大利用率;给出含有储能单元的微电网组网方案和运行控制方式,分析储能在微电网并网运行、孤岛运行、孤岛下负荷变化及无缝切换等过程中的能量控制作用;基于LCL滤波器的储能电压源型功率变换器,提出包含逆变器侧电感电流环、滤波电容电压环和电网侧电感电流环的三环控制策略．最后,仿真验证了该储能逆变器控制策略和方法合理有效．     

非隔离型六开关光伏并网逆变器

针对传统非隔离无变压器光伏并网逆变器存在漏电流而影响系统安全稳定运行的问题,提出了一种新型非隔离型六开关(H6)拓扑的光伏并网逆变器.新型H6拓扑在两桥壁之间增加了一条连接线,且删除了两个连接二极管,控制策略采用了直接电流控制的脉宽调制技术.该拓扑在一个电网周期内具有六种工作模式,整个工作过程中具有恒定的共模电压.基于上述理论分析,在M atlab/Simulink环境中建立了仿真模型,并搭建了实验样机.结果表明:所提出的非隔离H6型光伏并网逆变器具有较好的漏电流抑制效果,且能够为电网提供一定的无功支撑.     

基于DSP技术的单相有源滤波装置

介绍一种基于DSP技术的单相电压型有源滤波装置(APF),阐述了该装置的主电路结构、需要补偿的无功及谐波电流计算方法及电容电压稳定控制方法.对DSP芯片的特点、装置的硬件结构以及该有源滤波装置的控制策略进行分析,装置的测试结果表明该控制策略是切实可行的.该有源滤波装置可用于电气化铁道的无功动态补偿,也可用于三相四线制电网的分相无功补偿与谐波抑制.     

基于有源谐波电导法的光伏逆变器集群谐振抑制策略

为抑制光伏逆变器集群并入电网引起的谐振,提出一种基于有源谐波电导法的光伏逆变器集群谐振抑制策略.首先,基于PI控制器下电容电流内环,电网电流外环的双闭环控制,分析双闭环控制下单台逆变器谐振抑制效果.其次,在保持控制系统不变的情况下,针对多台逆变器谐振问题,在光伏并网系统中加入有源滤波电导,不仅有效抑制逆变器低频谐波电流...