LCL濾波并網(wǎng)逆變器的數(shù)字單環(huán)控制技術研究.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，具有結構簡單，成本低，可靠性高的特點。但LCL濾波器存在固有的諧振問題，容易導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，對控制系統(tǒng)的設計提出了更高的要求。本文針對LCL濾波并網(wǎng)逆變器在系統(tǒng)建模、控制器、濾波器設計、諧振抑制以及對電網(wǎng)阻抗變化適應性等問題，對基于并網(wǎng)電流反饋的單環(huán)數(shù)

2、字控制系統(tǒng)進行了系統(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)和離散時間模型。為了能夠采取直接數(shù)字法進行數(shù)字控制系統(tǒng)的分析和設計，對全橋變換器在各種采樣方式和調制方式下的延時進行了詳細分析，建立了包含延遲環(huán)節(jié)的連續(xù)時間模型，并進行離散化，得到了含延遲環(huán)節(jié)的離散時間模型。為了分析電網(wǎng)電壓對數(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，同時為便于分析，對精確離散模型進行線性化近似處理。
　　

3、在離散域下對基于并網(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)設計方法。對兩種單環(huán)控制策略進行了對比分析，同時揭示了基于并網(wǎng)電流反饋的數(shù)字單環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定機理。采用系統(tǒng)的離散時間模型和奈奎斯特圖的頻域分析方法，對單環(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)定性和相對穩(wěn)定性進行了定量分析，得到了滿足一定穩(wěn)定裕度要求下的控制器及關鍵參數(shù)諧振頻率比的取值范圍，從而保證能夠滿足實際工

4、程應用的要求。并引入矢量裕度指標描述系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，推導了矢量裕度與比例、比例積分控制器參數(shù)、LCL濾波器參數(shù)之間的定量關系。對單環(huán)數(shù)字比例積分控制的穩(wěn)態(tài)誤差進行了定量分析。提出了基于穩(wěn)定裕度的控制器設計方法，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)化設計方法，確定系統(tǒng)的控制參數(shù)，保證系統(tǒng)具有優(yōu)良的動穩(wěn)態(tài)性能以及魯棒性。
　　提出了結合控制策略的LCL濾波

5、器參數(shù)優(yōu)化設計方法。針對目前LCL濾波器參數(shù)設計依賴工程經(jīng)驗和多次試湊的問題，結合控制策略對諧振頻率進行優(yōu)化，然后可根據(jù)優(yōu)化后的諧振頻率進行LCL濾波器的設計，可大大簡化設計過程；提出了基于并網(wǎng)電流諧波標準要求的總電感設計原則；同時討論了前后電感比的設計原則。在單環(huán)控制下以實例說明了LCL濾波器的設計過程，并可推廣應用到其他控制策略?；诳刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定裕度的變化，分析了電網(wǎng)阻抗變化對單環(huán)控制系統(tǒng)的影響。為適應電網(wǎng)阻抗的變化，通過合理選擇前

6、后電感比對LCL濾波器的參數(shù)設計進行優(yōu)化。
　　對單環(huán)控制與雙環(huán)控制、多環(huán)控制的控制性能進行了對比分析。分析了基于電容電流內環(huán)反饋雙環(huán)控制的穩(wěn)定性和相對穩(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)的定量關系。分析了基于滯后補償全狀態(tài)反饋控制的穩(wěn)定性，對比了兩種極點配置方法的控制性能，分析了電網(wǎng)電壓前饋控制器的設計方法。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