[發(fā)明專利]一種LCL型并網(wǎng)單逆變器電流反饋有源阻尼方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011468592.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112653343B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于晶榮;陳壯深;周仁友;張剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02M7/48
• 分類(lèi)號(hào): H02M7/48;H02M7/5387;H02M1/12;H02J3/38;H02J3/01;H02J3/40
• 代理公司: 深圳市深軟翰琪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44380
• 代理人: 吳雅麗

本發(fā)明公開(kāi)了一種LCL型并網(wǎng)單逆變器電流反饋有源阻尼方法，本發(fā)明采用逆變器側(cè)電流作為單電流反饋點(diǎn)，通過(guò)比對(duì)濾波電容兩端并聯(lián)電阻的無(wú)源阻尼方案，構(gòu)建了基于逆變器側(cè)電流反饋的等效有效阻尼方法。相比于現(xiàn)有有源阻尼方法，該方法在不增加傳感器的情況下，使系統(tǒng)更易于穩(wěn)定，同時(shí)不會(huì)影響系統(tǒng)的帶寬。另外，從阻尼系數(shù)ζ的角度出發(fā)，給出了該方法的參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明提出的有源阻尼控制方法的有效性和可行性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種LCL型并網(wǎng)單逆變器電流反饋有源阻尼方法。

背景技術(shù)

全球能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的不斷加劇，激勵(lì)了風(fēng)電、光伏等可再生能源并網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展。作為傳統(tǒng)大規(guī)模集中式風(fēng)光電站的重要補(bǔ)充，可再生能源的分布式發(fā)電技術(shù)引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。并網(wǎng)逆變器作為聯(lián)系電網(wǎng)和可再生能源的重要橋梁和紐帶，承擔(dān)著將能量從分布式電源到并聯(lián)電網(wǎng)之間傳遞的角色，可以有效降低可再生能源并網(wǎng)單元對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高供電可靠性和電能質(zhì)量，受到了普遍的青睞。

大規(guī)模的基于可再生能源分布式發(fā)電站中，主要采用三相并網(wǎng)逆變器，由于常采用PWM的控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變，因此并網(wǎng)逆變器的輸出電壓不可避免地會(huì)存在開(kāi)關(guān)諧波，為了抑制并網(wǎng)電流中的開(kāi)關(guān)諧波，需要選取合適的輸出濾波器。輸出濾波器主要有L型和LCL型兩種，與L型濾波器相比，LCL濾波器中含有濾波電容C，因此在實(shí)現(xiàn)相同濾波效果的前提下，LCL濾波器中總的量要小于L濾波器的電感量，因此其體積更小，成本更低。然而，受LCL濾波器自身參數(shù)的影響，其頻率響應(yīng)存在一個(gè)固有的諧振峰。

為了抑制該固有諧振峰，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，一般采用虛擬阻抗法。虛擬阻抗法一般分為兩類(lèi)：一種基于狀態(tài)變量反饋，一種基于陷波器。

有文獻(xiàn)指出基于陷波器的虛擬阻抗法對(duì)于系統(tǒng)的魯棒性與帶寬優(yōu)化不能同時(shí)考慮，并且會(huì)限制系統(tǒng)的帶寬選擇，因此近幾年的研究方向主要是基于狀態(tài)變量反饋的虛擬阻抗法。

在LCL濾波器等效電路中，可用于狀態(tài)變量反饋的采樣點(diǎn)包括逆變器電流，網(wǎng)側(cè)電流，電容電流，電容電壓。而根據(jù)傳感器的使用數(shù)量，基于狀態(tài)變量反饋的虛擬阻抗方法可以分為兩類(lèi)：第一類(lèi)為除必須的電流外環(huán)和鎖相環(huán)傳感器外，還需附加的傳感器；第二類(lèi)為無(wú)需附加的傳感器。

第一類(lèi)方案需要附加的傳感器而帶來(lái)了額外的損耗，因此目前的研究方向集中在第二類(lèi)方案上。出于對(duì)控制算法具體實(shí)現(xiàn)形式的考慮，目前第二類(lèi)方案主要采取的反饋狀態(tài)變量是電網(wǎng)側(cè)電流，即網(wǎng)側(cè)電流反饋有源阻尼法(GCFAD)。

有文獻(xiàn)從提高系統(tǒng)阻尼系數(shù)、在開(kāi)環(huán)特征多項(xiàng)式中增加二次項(xiàng)的角度提出了引入二階微分的GCFAD。而這種引入二階微分的GCFAD方法本質(zhì)上等效為在濾波電容兩端并聯(lián)電阻，因此可以獲得良好的諧振峰抑制效果。然而，在控制回路中引入了二階微分控制器，不僅在工程上實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難，還會(huì)放大高頻諧波電流。基于消除以上影響的目的，有文獻(xiàn)進(jìn)一步提出用一階高通濾波器近似代替二階微分控制器。然而后續(xù)有文獻(xiàn)進(jìn)一步指出：這種引入一階高通濾波器的GCFAD在諧振頻率偏移較大時(shí)才可以會(huì)很好地抑制LCL諧振尖峰，系統(tǒng)帶寬降低。

目前第二類(lèi)方案主要采取的反饋?zhàn)兞渴请娋W(wǎng)側(cè)電流，這是出于對(duì)控制算法具體實(shí)現(xiàn)形式的考慮，然而直到目前都沒(méi)有很好的解決方案。因此，有必要考慮將反饋?zhàn)兞哭D(zhuǎn)換為其他反饋?zhàn)兞俊?/p>

由于LCL的逆變器側(cè)安裝了電流傳感器以用于保護(hù)，因此，與電網(wǎng)側(cè)電流反饋相比，逆變器電流反饋可以節(jié)省控制回路的額外電流傳感器。此外，有文獻(xiàn)指出：對(duì)于電網(wǎng)側(cè)電流反饋控制系統(tǒng)系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)在弱電網(wǎng)條件下的穩(wěn)定性，必須在系統(tǒng)中加入附加的阻尼函數(shù)。而逆變器電流反饋控制系統(tǒng)具有固有的阻尼特性。因而在控制穩(wěn)定上，逆變器電流反饋控制系統(tǒng)比電網(wǎng)側(cè)電流控制系統(tǒng)要更加穩(wěn)定與簡(jiǎn)單。