[發(fā)明專利]一種拓寬正阻尼區(qū)間的LCL型逆變器并網(wǎng)裝置及方法

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• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114094802A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂建國;孫狀;程衛(wèi);李高寧;沈思恒
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02M7/5387;H02M7/48;H02J3/38
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本發(fā)明公開了一種拓寬正阻尼區(qū)間的LCL型逆變器并網(wǎng)裝置及方法。該裝置包括三電平逆變器、LCL濾波器、數(shù)字處理控制模塊和驅(qū)動電路，其中數(shù)字處理控制模塊包括采樣單元、閉環(huán)控制單元、有源阻尼單元和正弦脈寬調(diào)制單元。方法為：確定數(shù)字控制引入的延時，得到有源阻尼等效虛擬阻抗的頻率特性；分析電網(wǎng)阻抗波動引起有源阻尼策略失效的原因以及延時對正阻區(qū)間的影響；設(shè)計相位超前補償環(huán)節(jié)并確定補償系數(shù)；結(jié)合諧振尖峰阻尼效果和系統(tǒng)穩(wěn)定性約束，確定有源阻尼控制參數(shù)和PR控制器主要參數(shù)。本發(fā)明具有硬件成本低、控制準(zhǔn)確、適用范圍廣的特點，可以擴大諧振頻率設(shè)計范圍，使系統(tǒng)保持良好的諧振抑制能力并對電網(wǎng)阻抗波動具有強魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分布式新能源并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種拓寬正阻尼區(qū)間的LCL型逆變器并網(wǎng)裝置及方法。

背景技術(shù)

LCL濾波器由于其結(jié)構(gòu)簡單，高頻濾波性能好，輸出諧波含量少等優(yōu)點，在新能源分布式并網(wǎng)發(fā)電場合得到了廣泛的應(yīng)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(cè)的電能質(zhì)量。相比無源阻尼法，有源阻尼法避免了功率損耗，而通過采樣并網(wǎng)電流反饋實現(xiàn)有源阻尼可節(jié)約成本，直接控制并網(wǎng)電流。數(shù)字控制帶來的延時問題對有源阻尼的影響不容忽視，當(dāng)考慮數(shù)字控制延時時，等效虛擬阻抗隨信號頻率變化，存在臨界頻率點使有源阻尼方法失效，嚴(yán)重影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。隨著大量分布式能源的接入，電網(wǎng)呈現(xiàn)出弱電網(wǎng)形式，電網(wǎng)阻抗發(fā)生波動，使系統(tǒng)諧振偏移，對逆變器并網(wǎng)裝置的強穩(wěn)定性和電能輸送質(zhì)量提出了挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種拓寬正阻尼區(qū)間的LCL型逆變器并網(wǎng)裝置及方法。可以擴展諧振頻率設(shè)計區(qū)間，使系統(tǒng)對電網(wǎng)阻抗波動具有強穩(wěn)定性、強魯棒性。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種拓寬正阻尼區(qū)間的LCL型逆變器并網(wǎng)裝置，其特征在于，包括并網(wǎng)逆變器、LCL濾波器、數(shù)字處理控制模塊和驅(qū)動電路，其中并網(wǎng)逆變器為NPC三電平逆變器，數(shù)字處理控制模塊包括采樣單元、閉環(huán)控制單元、有源阻尼單元和正弦脈寬調(diào)制單元；

采樣單元分別采集LCL濾波器與電網(wǎng)公共耦合點處的三相電壓信號、LCL濾波器網(wǎng)側(cè)的三相并網(wǎng)電流信號，傳送至閉環(huán)控制單元；

閉環(huán)控制單元根據(jù)采集信號，經(jīng)Clarke變換將靜止abc坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)電壓、網(wǎng)側(cè)電流變換至靜止αβ坐標(biāo)系下；將αβ坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)電流的α、β軸分量i_α、i_β輸入有源阻尼單元；

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

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

一種拓寬正阻尼區(qū)間的LCL型逆變器并網(wǎng)控制方法，包括以下步驟：

步驟1、在每個開關(guān)周期內(nèi)，數(shù)字控制模塊的采樣單元分別采集LCL濾波器與電網(wǎng)公共耦合點處的電壓信號u_a、u_b、u_c和網(wǎng)側(cè)電流信號i_a、i_b、i_c，并由閉環(huán)控制單元經(jīng)Clarke變換將靜止abc坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)電壓、網(wǎng)側(cè)電流變換到靜止αβ坐標(biāo)系下；

步驟2、確定數(shù)字控制引入的延時，得到有源阻尼等效虛擬阻抗的頻率特性；

步驟3、考慮電網(wǎng)阻抗波動，分析其引起有源阻尼策略失效的原因；

步驟4、分析數(shù)字控制延時對正阻尼區(qū)間的影響，確定增加相位超前補償環(huán)節(jié)可以拓展正阻尼區(qū)間；

步驟5、設(shè)計相位超前補償環(huán)節(jié)并確定補償系數(shù)，結(jié)合諧振尖峰阻尼效果和系統(tǒng)穩(wěn)定性約束，確定有源阻尼控制參數(shù)和PR控制器主要參數(shù)；