专利名称：一种lcl并网逆变器系统的有源阻尼方法及其电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LCL并网逆变器系统的有源阻尼方法及其电路，属电网变换器的控制技术领域。
背景技术：
电压源型并网逆变器是当前蓬勃发展的新能源进入电网的接口，用于各种分布式并网发电系统(如光伏发电系统、直驱型风力发电系统、燃料电池系统等)、交流微网中的逆变型接口及直流微网中直流母线与电网的接口等，需求巨大。为了减轻和限制它们对电网的污染，IEEE Std 9^-2000、UL1741等国际标准对并网逆变器的进网电流做了严格的指标限制，包括总谐波含量和单次谐波含量。结合并网逆变器的实现技术来看，达到开关频率谐波电流抑制指标最为困难，涉及进网滤波器的选择。 进网滤波器结构有L、LC和LCL三种形式，它们的滤波性能和控制特性已有文献论述。从现阶段工业应用情况来看，在小功率并网逆变器中一般采用L型滤波器，在中、大功率的SPWM 并网逆变器中一般采用LC型滤波器或带阻尼电阻的LCL型滤波器，而在学术界备受关注的带有源阻尼(Active Damping, AD)环节的LCL滤波器在实际应用中却较少见，现阶段关于 LCL滤波器的有源阻尼技术的研究离规模化应用仍有一段距离。相比L型滤波器，LCL型滤波器为并网逆变器系统引入一对共轭谐振极点，其阻尼比为零且振荡频率较高，威胁并网逆变器控制系统的稳定性。有源阻尼技术的思想即为引入独立零点将共轭谐振极点吸引至稳定区域内并留有一定安全裕度，或引入共轭零点对消共轭谐振极点。已有大量的文献对有源阻尼方法进行了研究=Dahono通过研究阻尼电阻在 LCL型并网逆变器系统传递函数中的作用，利用信号流图变换将实际存在的电阻元件转移至控制器结构中，提出了虚拟电阻(Virtual resistor)的概念，介绍了 4种与常用的阻尼电阻方式对应的虚拟电阻实现方式。增加系统阻尼的另一种方式是通过增加滤波器状态变量反馈来实现有文献提出采用串联超前-滞后(Lead-Lag)模块的滤波电容电压反馈的有源阻尼方法；还有文献提出基于比例环节的滤波电容电流反馈的有源阻尼方法；也有文献提出采用反馈部分进网电流和电容电流的方法将三阶LCL降至一阶达到消除谐振。上述有源阻尼方法均能实现LCL滤波器谐振极点的有效阻尼，但对进网电流波形质量的提高作用有限，特别是容易受电网电压谐波和畸变干扰的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种LCL并网逆变器系统的有源阻尼方法及其电路，在现有技术进网电流控制器(比例谐振调节器)的基础上，引入网侧电感电压U2的反馈实现LCL 滤波器的谐振阻尼，对电网电压谐波影响的抑制作用，提高进网电流波形质量。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种LCL并网逆变器系统的有源阻尼方法，通过设置独立零点或共轭零点，对消 LCL滤波器在并网逆变器系统中产生的谐振极点或将共轭极点吸引至稳定区域内，采用网侧电感电流反馈和引入LCL滤波器中的状态变量进行反馈补偿的方法实现，其特征在于 所述引入LCL滤波器中的状态变量系网侧电感电压，通过对网侧电感电压进行反馈补偿， 来控制LCL滤波器的谐振阻尼，进而对并网逆变器系统的进网电流波形和幅值进行控制。实现上述LCL并网逆变器系统的有源阻尼方法的电路，并网逆变器系统包括逆变器及LCL型进网滤波器，其特征在于设置一个控制器，该控制器包括比例谐振调节器、微分调节器、减法器及PWM产生电路，通过电流传感器在LCL型进网滤波器网侧获取的进网电流输入至第一减法器，进网电流基准值亦输入至第一减法器，第一减法器输出至比例谐振调节器，比例谐振调节器输出至第二减法器，通过电压传感器在LCL型进网滤波器中获取的网侧电感电压经过微分调节器后，亦输入至第二减法器，第二减法器的输出至PWM产生电路，PWM产生电路的输出经过隔离驱动电路送至逆变器，构成并联结构的有源阻尼电路。实现上述LCL并网逆变器系统的有源阻尼方法的电路，并网逆变器系统包括逆变器及LCL型进网滤波器，其特征在于设置一个控制器，该控制器包括比例谐振调节器、微分调节器、减法器及PWM产生电路，通过电流传感器在LCL型进网滤波器网侧获取的进网电流输入至第一减法器，进网电流基准值亦输入至第一减法器，第一减法器输出至比例谐振调节器，比例谐振调节器输出至第二减法器，通过电压传感器在LCL型进网滤波器中获取的网侧电感电压亦输入至第二减法器，第二减法器的输出至微分调节器，微分调节器的输出至PWM产生电路，PWM产生电路的输出经过隔离驱动电路送至逆变器，构成串联结构的有源阻尼电路。本发明的优点及显着效果本发明在现有技术进网电流控制器(比例谐振调节器)的基础上，引入网侧电感电压U2的反馈实现LCL滤波器的谐振阻尼，进网电流i2的比例谐振控制器实现进网电流控制。网侧电感电压U2反馈实现LCL滤波器谐振阻尼的同时， 还可以有效抑制电网电压谐波对进网电流的影响。
图1是本发明的并联型结构，(a)并联型电路图；(b)并联型控制框图；图2是本发明的串联型结构电路图；图3是本发明网侧电感电压U2微分反馈与现有电容电压Uc微分反馈和电容电流 ic比例反馈三种有源阻尼方法下控制器特性曲线，其中(a)进网电流开环传递函数Bode 图；(b)电网电压抑制导纳I2/Ug，用来衡量控制器对电网电压扰动的抑制能力；图4是图3三种有源阻尼方法下进网电流、电网电压实验波形，其中(a)本发明网侧电感电压U2微分反馈；(b)现有电容电压Uc微分反馈；(C)现有电容电流比例反馈；
具体实施例方式下面结合附图及实施例对发明进行详细说明。附图的符号及标号说明UPV——逆变器输入电压^ S4——功率开关管；ug—— 电网电压；Lp L2——进网滤波电感；ip I1^ U1, U” Γι——滤波电感L1的电流、电压和内阻； i2、I2、u2、U2、r2——滤波电感L2的电流、电压和内阻K1——滤波电容；ic、Ic、uc Uc、——滤波电容C1的电流和电压；Uinv——逆变器桥臂间输出电压；I2ref——进网电流基准；K——逆变器等效比例环节A2(S)——进网电流控制器屯——微分反馈系数。
本发明在现有技术进网电流控制器(比例谐振调节器)的基础上，引入网侧电感 L2电压U2的反馈实现LCL滤波器的谐振阻尼。具体实现电路有并联结构的有源阻尼电路图 1(a)及串联结构的有源阻尼电路图2(a)两种。图1(a)中，逆变器1、LCL型进网滤波器2 及隔离驱动电路5均为已知电路。设置控制器3，其中包括比例谐振调节器、微分调节器4、 减法器及PWM产生电路，它们均为公知的模块。通过电流传感器在LCL型进网滤波器网侧获取的进网电流输入至第一减法器，进网电流基准值亦输入至第一减法器，第一减法器输出至比例谐振调节器，比例谐振调节器输出至第二减法器，通过电压传感器在LCL型进网滤波器中获取的网侧电感电压经过微分调节器后，亦输入至第二减法器，第二减法器的输出至PWM产生电路，PWM产生电路的输出经过隔离驱动电路送至逆变器。图2(a)中，通过电流传感器在LCL型进网滤波器网侧获取的进网电流输入至第一减法器，进网电流基准值亦输入至第一减法器，第一减法器输出至比例谐振调节器，比例谐振调节器输出至第二减法器， 通过电压传感器在LCL型进网滤波器中获取的网侧电感电压亦输入至第二减法器，第二减法器的输出至微分调节器，微分调节器的输出至PWM产生电路，PWM产生电路的输出经过隔离驱动电路送至逆变器。单相光伏并网逆变器的进网电流控制框图如附图1(b)所示，为了便于分析，将 PWM逆变单元近似为一增益环节K。在附图1(b)中，I2ref为进网电流参考，G(S)为进网电流控制器传递函数，通过控制逆变器输出电流可以使逆变器以设定的功率因数向电网输入电能。单相并网逆变器的电流控制目前常采用PI控制、滞环控制等技术，PI控制具有算法简单和可靠性高等特点，因此被广泛应用，但常规的PI控制对正弦参考电流无法实现无静差跟踪；滞环电流控制具有实现简单和动态相应快等特点，但开关频率、损耗及控制精度受滞环宽度的影响。比例谐振(PR)控制由比例调节器和谐振调节器组成，在基波频率处增益无穷大，从而可以实现正弦基波电流的零稳态误差跟踪，本节在预先选用PR控制器的前提下对几种有源阻尼方法进行比较。PR控制器传递函数如式(1)所示
权利要求
1.一种LCL并网逆变器系统的有源阻尼方法，通过设置共轭零点或独立零点，对消LCL 滤波器在并网逆变器系统中产生的共轭谐振极点或将共轭谐振极点吸引至稳定区域内，采用网侧电感电流反馈和引入LCL滤波器中的状态变量进行反馈补偿的方法实现，其特征在于所述引入LCL滤波器中的状态变量系网侧电感电压，通过对网侧电感电压进行反馈补偿，来控制LCL滤波器的谐振阻尼，进而对并网逆变器系统的进网电流波形和幅值进行控制。
2.实现权利要求1所述LCL并网逆变器系统的有源阻尼方法的电路，并网逆变器系统包括逆变器及LCL型进网滤波器，其特征在于设置一个控制器，该控制器包括比例谐振调节器、微分调节器、减法器及PWM产生电路，通过电流传感器在LCL型进网滤波器网侧获取的进网电流输入至第一减法器，进网电流基准值亦输入至第一减法器，第一减法器输出至比例谐振调节器，比例谐振调节器输出至第二减法器，通过电压传感器在LCL型进网滤波器中获取的网侧电感电压经过微分调节器后，亦输入至第二减法器，第二减法器的输出至 PWM产生电路，PWM产生电路的输出经过隔离驱动电路送至逆变器，构成并联结构的有源阻尼电路。
3.实现权利要求1所述LCL并网逆变器系统的有源阻尼方法的电路，并网逆变器系统包括逆变器及LCL型进网滤波器，其特征在于设置一个控制器，该控制器包括比例谐振调节器、微分调节器、减法器及PWM产生电路，通过电流传感器在LCL型进网滤波器网侧获取的进网电流输入至第一减法器，进网电流基准值亦输入至第一减法器，第一减法器输出至比例谐振调节器，比例谐振调节器输出至第二减法器，通过电压传感器在LCL型进网滤波器中获取的网侧电感电压亦输入至第二减法器，第二减法器的输出至微分调节器，微分调节器的输出至PWM产生电路，PWM产生电路的输出经过隔离驱动电路送至逆变器，构成串联结构的有源阻尼电路。
全文摘要
一种LCL并网逆变器系统的有源阻尼方法，通过设置共轭零点或独立零点，对消LCL滤波器在并网逆变器系统中产生的共轭谐振极点或将共轭谐振极点吸引至稳定区域内，采用网侧电感电流反馈和引入LCL滤波器中的状态变量进行反馈补偿的方法来实现。通过对网侧电感电压进行反馈补偿，来控制LCL滤波器的谐振阻尼，进而对并网逆变器系统的进网电流波形和幅值进行控制，可以有效抑制电网电压谐波对进网电流的影响。是一种简单有效的实现方式，实现电路有并联及串联两种结构的有源阻尼电路。
文档编号H02M1/12GK102522879SQ201110368829
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者肖华锋, 许津铭, 谢少军 申请人:东南大学