LCL濾波并網(wǎng)逆變器的數(shù)字單環(huán)控制技術(shù)研究.pdf

1、并網(wǎng)逆變器是連接分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)最通用的接口設(shè)備，LCL濾波器由于具有良好的高頻諧波抑制特性在分布式發(fā)電系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。LCL濾波并網(wǎng)逆變器的單環(huán)數(shù)字控制策略不需要額外的傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高的特點(diǎn)。但LCL濾波器存在固有的諧振問題，容易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。本文針對(duì)LCL濾波并網(wǎng)逆變器在系統(tǒng)建模、控制器、濾波器設(shè)計(jì)、諧振抑制以及對(duì)電網(wǎng)阻抗變化適應(yīng)性等問題，對(duì)基于并網(wǎng)電流反饋的單環(huán)數(shù)

2、字控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和研究。
　　分析和建立了包含延遲環(huán)節(jié)的LCL濾波并網(wǎng)逆變器的連續(xù)和離散時(shí)間模型。為了能夠采取直接數(shù)字法進(jìn)行數(shù)字控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，對(duì)全橋變換器在各種采樣方式和調(diào)制方式下的延時(shí)進(jìn)行了詳細(xì)分析，建立了包含延遲環(huán)節(jié)的連續(xù)時(shí)間模型，并進(jìn)行離散化，得到了含延遲環(huán)節(jié)的離散時(shí)間模型。為了分析電網(wǎng)電壓對(duì)數(shù)字控制系統(tǒng)的影響，建立了系統(tǒng)輸出阻抗的精確離散模型，同時(shí)為便于分析，對(duì)精確離散模型進(jìn)行線性化近似處理。
　　

3、在離散域下對(duì)基于并網(wǎng)電流反饋的數(shù)字單環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)定裕度進(jìn)行了通用的定量分析，并提出了基于穩(wěn)定裕度的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法。對(duì)兩種單環(huán)控制策略進(jìn)行了對(duì)比分析，同時(shí)揭示了基于并網(wǎng)電流反饋的數(shù)字單環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定機(jī)理。采用系統(tǒng)的離散時(shí)間模型和奈奎斯特圖的頻域分析方法，對(duì)單環(huán)數(shù)字比例控制、比例積分控制以及比例諧振控制的穩(wěn)定性和相對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行了定量分析，得到了滿足一定穩(wěn)定裕度要求下的控制器及關(guān)鍵參數(shù)諧振頻率比的取值范圍，從而保證能夠滿足實(shí)際工

4、程應(yīng)用的要求。并引入矢量裕度指標(biāo)描述系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，推導(dǎo)了矢量裕度與比例、比例積分控制器參數(shù)、LCL濾波器參數(shù)之間的定量關(guān)系。對(duì)單環(huán)數(shù)字比例積分控制的穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)行了定量分析。提出了基于穩(wěn)定裕度的控制器設(shè)計(jì)方法，即在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定裕度和穩(wěn)態(tài)精度要求的條件下，以獲得最大控制帶寬為原則。提出了以優(yōu)化閉環(huán)系統(tǒng)中頻段為原則的系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，確定系統(tǒng)的控制參數(shù)，保證系統(tǒng)具有優(yōu)良的動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能以及魯棒性。
　　提出了結(jié)合控制策略的LCL濾波

5、器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。針對(duì)目前LCL濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)依賴工程經(jīng)驗(yàn)和多次試湊的問題，結(jié)合控制策略對(duì)諧振頻率進(jìn)行優(yōu)化，然后可根據(jù)優(yōu)化后的諧振頻率進(jìn)行LCL濾波器的設(shè)計(jì)，可大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程；提出了基于并網(wǎng)電流諧波標(biāo)準(zhǔn)要求的總電感設(shè)計(jì)原則；同時(shí)討論了前后電感比的設(shè)計(jì)原則。在單環(huán)控制下以實(shí)例說明了LCL濾波器的設(shè)計(jì)過程，并可推廣應(yīng)用到其他控制策略?；诳刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定裕度的變化，分析了電網(wǎng)阻抗變化對(duì)單環(huán)控制系統(tǒng)的影響。為適應(yīng)電網(wǎng)阻抗的變化，通過合理選擇前

6、后電感比對(duì)LCL濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。
　　對(duì)單環(huán)控制與雙環(huán)控制、多環(huán)控制的控制性能進(jìn)行了對(duì)比分析。分析了基于電容電流內(nèi)環(huán)反饋雙環(huán)控制的穩(wěn)定性和相對(duì)穩(wěn)定性，得到了系統(tǒng)的相角裕度與控制參數(shù)，LCL濾波器參數(shù)的定量關(guān)系。分析了基于滯后補(bǔ)償全狀態(tài)反饋控制的穩(wěn)定性，對(duì)比了兩種極點(diǎn)配置方法的控制性能，分析了電網(wǎng)電壓前饋控制器的設(shè)計(jì)方法。在相同的控制帶寬條件下，以系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度為比較原則，對(duì)雙環(huán)控制、全狀態(tài)反饋控制和單環(huán)控制的適用范圍、控