[發明專利]基于參數聯合設計的LCL型逆變器并網裝置及控制方法

在審

• 申請號: 202010176277.5
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111313467A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 呂建國;閻亦然;徐煒基;胡文斌;孫狀
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/01
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種基于參數聯合設計的LCL型逆變器并網裝置及控制方法。該裝置包括三電平逆變器、數字處理控制模塊和驅動電路，數字處理控制模塊包括采樣單元、閉環控制單元、有源阻尼單元和正弦脈寬調制單元。方法為：選取LCL濾波器電容容值、網側電感和逆變器側電感感值；通過奈奎斯特穩定性分析，并結合諧振抑制條件，確定PR控制器比例參數和有源阻尼反饋系數的可行范圍；在所確定的可行域中使用拉格朗日乘子法選取合適的PR控制器比例參數和有源阻尼反饋系數，使控制系統獲得較大的帶寬以及良好的動態性能。本發明具有硬件成本低、控制準確、適用范圍廣的特點，可以有效抑制LCL濾波器諧振頻率的諧波分量，并降低入網電流的畸變率。

技術領域

本發明屬于電力電子變換技術領域，特別是一種基于參數聯合設計的LCL型逆變器并網裝置及控制方法。

背景技術

LCL濾波器由于其結構簡單，高頻濾波性能好，輸出諧波含量少等優點，在新能源分布式并網發電場合得到了廣泛的應用。但由于LCL濾波器的固有特性，LCL濾波器的諧振特性會大大降低輸出側的電能質量。目前對于LCL濾波器諧振頻率的問題，主要有兩種解決方法：(1)采用外加硬件阻尼電路抑制LCL諧振；(2)采用軟件控制方法抑制LCL諧振。由于第一種方法會增加硬件成本，故一般使用后一種方法。在理想電網條件下，現有的有源阻尼控制方法相對成熟，如基于陷波器的有源阻尼控制方法、基于濾波電容電流反饋的有源阻尼控制方法、基于多狀態量混合反饋的有源阻尼控制方法等。然而在實際情況中，電網并不是理想的基波電網，電網中會存在低頻諧波，在非理想電網條件下，需要多個PR控制器并聯控制，這需要系統具有足夠的開環帶寬，這給有源阻尼的LCL濾波器諧振抑制控制帶來了困難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于非理想電網條件下基于參數聯合設計的LCL型逆變器并網裝置及控制方法，以在非理想電網條件下實現LCL濾波器的諧振抑制。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于參數聯合設計的LCL型逆變器并網裝置，包括三電平逆變器、數字處理控制模塊和驅動電路，其中三電平逆變器為LCL型NPC三電平逆變器，數字處理控制模塊包括采樣單元、閉環控制單元、有源阻尼單元和正弦脈寬調制單元；

采樣單元分別采集LCL濾波器網側的三相電壓信號、LCL濾波器網側的三相電流信號，傳送至閉環控制單元；

閉環控制單元根據采集到的信號，經Clarke變換將靜止abc坐標系下的網側電壓、網側電流變換到靜止αβ坐標系下；將靜止αβ坐標系下網側電流的α、β軸分量i_α、i_β輸入有源阻尼單元；

閉環控制單元和有源阻尼單元得到的調制波信號相加，送至正弦脈寬調制單元，正弦脈寬調制單元的輸出端經過驅動電路接入三電平逆變器每相橋臂的各個開關管。

進一步地，所述數字處理控制模塊為TMS320F28377D與EPM1270T芯片。

一種基于參數聯合設計的LCL型逆變器并網控制方法，包括以下步驟：

步驟1、在每個開關周期內，數字處理控制模塊的采樣單元分別采集LCL濾波器的網側電壓信號e_a、e_b、e_c和網側電流信號i_a、i_b、i_c；

步驟2、閉環控制單元根據步驟1中采集到的信號，經Clarke變換將靜止abc坐標系下的網側電壓、網側電流變換到靜止αβ坐標系下；

步驟3、計算z域下加入有源阻尼環及PR控制器后系統的開環傳遞函數，利用奈奎斯特判據對系統進行穩定性分析；

步驟4、對LCL濾波器諧振頻率諧波抑制條件進行分析；