LCL型并網(wǎng)逆變器的解耦控制與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、并網(wǎng)變換器在分布式發(fā)電系統(tǒng)和當(dāng)代電力系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。LCL型濾波器以其更高的濾波效率正逐漸替代L型濾波器,但其固有的諧振特性給控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來了較大挑戰(zhàn)。在眾多的LCL濾波器的諧振阻尼方法中,離散狀態(tài)反饋控制作為一種系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)方法,滿足了所有的控制自由度,可較好地為LCL型并網(wǎng)逆變器協(xié)調(diào)帶寬和穩(wěn)定裕度,因而得到了本文的系統(tǒng)的研究。
　　本文詳細(xì)地闡述了應(yīng)用于LCL型并網(wǎng)逆變器的離散狀態(tài)反饋控制原理,總結(jié)了線性二次型(

2、LQ)和直接極點(diǎn)配置這兩類設(shè)計(jì)方法。針對基于PI控制器的極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)不夠規(guī)范的問題,本文按能控標(biāo)準(zhǔn)型建立了包括PI+狀態(tài)反饋控制器在內(nèi)的閉環(huán)模型,從而為LCL型并網(wǎng)逆變器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。針對眾多狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)性能無法描述的現(xiàn)狀,本文從指令跟蹤、電網(wǎng)擾動(dòng)抑制和弱網(wǎng)魯棒性等方面的性能指標(biāo)出發(fā),考慮了所需的控制力度,評估了基于積分器和基于PI控制器,并按不同設(shè)計(jì)方法得到的狀態(tài)反饋控制,從而為工程應(yīng)用提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)。
　　上述控制

3、器引入的多個(gè)狀態(tài)量使得電網(wǎng)電壓-并網(wǎng)電流的耦合變得十分復(fù)雜。為揭示電網(wǎng)電壓在控制過程中對并網(wǎng)電流的擾動(dòng)情況,本文提出了離散控制系統(tǒng)重新連續(xù)化的方法,從而獲得了在連續(xù)域內(nèi)的電網(wǎng)電壓全前饋解耦通道。針對全前饋解耦降低弱網(wǎng)魯棒性及所應(yīng)用的多階微分對噪聲敏感的問題,本文提出了電網(wǎng)電壓估測替代采樣的方法,從而在運(yùn)算負(fù)擔(dān)適中的條件下較好地協(xié)調(diào)了全前饋的精度和魯棒性。在此基礎(chǔ)上,本文針對工程上對簡易性和可靠性的需求,探討了電網(wǎng)電壓前饋解耦策略在不同的

4、狀態(tài)反饋控制中的簡化應(yīng)用,并得到了切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。
　　為了充分地令濾波器和控制器互相適應(yīng),本文預(yù)設(shè)了并網(wǎng)電流PI控制器,再根據(jù)其整定規(guī)則界定合適的濾波器諧振頻率范圍,從而在無需諧振阻尼的情況下獲得期望的穩(wěn)定裕度,并繼而通過綜合考慮并網(wǎng)逆變器的電流諧波標(biāo)準(zhǔn)和各種工程限制條件得到最終的濾波器參數(shù)。針對抗電網(wǎng)擾動(dòng)能力較弱和弱網(wǎng)下穩(wěn)定性較差的問題,本文通過電網(wǎng)電壓單位比例前饋形成在弱網(wǎng)下的主動(dòng)阻尼效應(yīng),從而在增強(qiáng)電網(wǎng)背景諧波抑制能力

5、的同時(shí)促進(jìn)了弱網(wǎng)魯棒性。在此基礎(chǔ)上,本文針對該設(shè)計(jì)方法因諧振頻率較高而需較大的濾波電感的問題,一方面將濾波效率更高的LLCL濾波器代替LCL濾波器,另一方面根據(jù)LCL型并網(wǎng)逆變器的實(shí)際運(yùn)行性能探討了PI控制器所要求的諧振頻率下限,從而有效地減小了總濾波電感量。通過全面的動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)和弱網(wǎng)魯棒性等方面的性能評估,證明本文所提方法具有很大的優(yōu)越性。
　　通過本文的研究,系統(tǒng)地揭示了LCL型并網(wǎng)逆變器的動(dòng)態(tài)特性及耦合機(jī)理,形成了行之有效的