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。     

LCL型有源电力滤波器的强鲁棒性控制器优化设计

LCL型有源电力滤波器能有效补偿电网谐波,但LCL型滤波器存在谐振问题,电容电流比例反馈有源阻尼是抑制LCL谐振的主要方式。然而,在数字控制下,谐振频率会随电网阻抗变化,导致反馈系数选取困难。针对该问题,研究了适应电网阻抗宽范围变化的反馈系数选取方法,推导不同反馈系数和谐振频率下的系统稳定条件,优化设计适应电网阻抗变化的反馈系数。此外,随着电网阻抗增加,LCL谐振频率减小,系统带宽变窄,有源电力滤波器采用传统准PR控制补偿高次谐波时,系统相频曲线在控制器谐振点容易穿越-180o线,导致系统不稳定。提出加入相位补偿环节以提升控制器增益处相角,并给出详细设计方法。理论分析表明,所提强鲁棒性控制器优化设计方法,可使有源电力滤波器在保证良好谐波补偿能力的同时具有更宽的稳定运行范围。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

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。     

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。     

提高LCL型并网逆变器鲁棒性的延时补偿策略

在LCL型并网逆变器中,数字控制延迟会影响传统电容电流反馈有源阻尼(CCFAD)的有效阻尼区间,LCL滤波器的谐振频率必须低于系统采样频率的1/6,否则虚拟阻抗对应的虚拟电阻为负值,影响系统的稳定性。针对此问题,提出了一种扩展CCFAD的有效阻尼区间的控制策略,在一阶相位超前补偿器的基础上加入积分环节,理论分析证明了所提控制策略可以将虚拟电阻呈正阻尼特性的区域扩展到(0,0.35f_s),进一步扩大了有效阻尼区间。同时,提出了一套参数设计方法,根据稳定裕度约束条件得到补偿器参数的可取值范围。最后通过仿真和实验表明,在弱电网下该控制策略相比传统CCFAD控制策略具有更好的鲁棒性,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

考虑数字控制延时影响的LCL型配电网静止同步补偿器稳定性分析

介绍一种考虑数字控制延时影响时LCL型配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)的系统稳定性研究方法。通过分析延时给有源阻尼及其等效的虚拟电阻带来的影响,揭示延时环节与系统稳定性的内在联系。引入一个有源阻尼系数的临界值,将滤波器谐振频率划分成高、低两个频域,再通过判断有源阻尼系数与临界值之间的大小关系,分别在两个不同的谐振频域内推导出计入数字控制延时影响时的系统稳定条件。仿真和实验分别对研究方法进行了验证。     

桥侧反馈的LCL型PWM整流器无阻尼控制研究

针对桥侧电流反馈的LCL型PWM整流器由于LCL谐振和数字控制固有延时引起的稳定性问题,建立电流内环数学模型,分析了LCL谐振频率和固有延时对系统稳定性的影响,推导出系统无阻尼稳定的边界条件。通过调整LCL滤波器电容大小,使得LCL谐振频率满足该边界条件就能保证系统无阻尼稳定,减少了系统的设计成本和难度。实验验证了该结论的正确性和可行性。     

数字控制时LCL型并网逆变器频域特性分析

电容电流反馈有源阻尼是实现LCL型并网逆变器谐振峰阻尼的一种有效方法。在此通过控制框图等效交换,揭示了采用数字控制时,由于控制延时的影响,系统实际谐振峰的频率将会改变,且系统环路增益中可能会存在2个右半平面极点。在此利用Nyquist定理,提出通过校验系统相位裕度、LCL谐振频率和1/6采样频率处的幅值裕度来判断系统稳定性,并可用于闭环参数的设计。在实验室搭建了一台6 kW的原理样机,实验结果验证了分析结果的正确性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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f_s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0.45f_s,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。     

LCL型并网逆变器的鲁棒并网电流反馈有源阻尼控制方法

传统并网电流反馈有源阻尼方法(grid-currentfeedback-active-damping,GCFAD)是一种抑制LCL型并网逆变器谐振尖峰的有效方法。然而,由于数字控制下的控制延时使其等效阻尼电阻正负的分界频率介于1/6与1/3倍系统开关频率间,电网阻抗的宽范围变化极有可能造成系统无法稳定运行。对此,文中提出一种鲁棒GCFAD方法,包括并网电流的二重采样和改进型GCFAD方法。并网电流的二重采样在不引入开关纹波的情况下最大程度地降低了有源阻尼环中的控制延时;改进型GCFAD进一步提高了该分界频率与系统开关频率的比值,使得该分界频率等于0.5倍系统开关频率,位于LCL滤波器设计的谐振频率区间外,从而解决了LCL滤波器的实际谐振频率穿越该分界频率的鲁棒性问题,大大地提高了对电网阻抗的鲁棒性和系统的稳定性。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

LCL滤波的风电网侧变流器有源阻尼策略

为提高基于LCL滤波器拓扑的风电变流器系统稳定性,对变流器的谐振阻尼策略进行了研究。通过对LCL滤波的变流器电流闭环特性分析,提出了一种新型的有源阻尼策略。利用电容电流和比例环节对电网电流闭环极点进行配置,以增大电网电流闭环控制系统的阻尼,抑制谐振发生。为降低采样环节对系统稳定性的影响,提出了利用相位超前滤波器对延迟进行补偿的措施。通过搭建基于LCL滤波器的风力发电系统网侧变流器仿真模型和实验系统,对理论进行了验证。仿真和实验结果证明所提出的控制方案是正确可行的。     

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。     

LCL型有源滤波器采样延时补偿策略及阻抗分析

有源电力滤波器（APF）是消除电网谐波质量问题的主要途径之一,而LCL是目前APF连接电网的常用滤波器。为抑制LCL滤波器所引发的谐振问题,基于电容电流反馈的有源阻尼是常用的手段。有源阻尼可有效抑制LCL滤波器引起的谐振,在模拟控制下可等效为并联在滤波电容上的电阻。但因电容电流采样滞后,将使该虚拟电阻阻值为负,呈现负阻尼特性,反而影响系统稳定性。为此,从预测占空比的角度对该问题进行了研究,分别提出了三种针对电容电流采样滞后补偿方法。针对每一种方法计算系统传递函数,并就其对应的虚拟阻抗进行分析。从结果可以看出第二种补偿方法效果最好。最后,以三相LCL型有源电力滤波器为例,通过仿真和实验验证此控制器的可行性。     

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。