专利名称：无需谐振阻尼的lcl型并网逆变器及其一体化设计方法
技术领域：
本发明涉及并网逆变器技术领域，特别涉及一种无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器及其一体化设计方法。
背景技术：
现有技术中的具有并网发电运行功能的逆变电源，逆变器在并网运行时为输出电流控制，以保证电流为严格的正弦波并具有较高的发电功率因数。传统逆变器设计方法通常独立设计滤波器和控制器，由于滤波器在设计过程中未充分考虑其谐振峰对控制系统的稳定性的挑战，从而需要采用无源阻尼或有源阻尼技术以保证控制系统稳定，前者将降低滤波效率，并引入功率损耗；后者增加了控制复杂性或成本，且控制性能(指令跟踪，电网扰动抑制和对电网内阻变化鲁棒性等方面)显著弱于L型并网逆变器。
发明内容
基于存在的以上问题，本发明提供一种无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器及其一体化设计方法，有效地综合了 L型并网逆变器的控制性能和LCL滤波器对高频电流纹波的衰减性能，设计流程简单，成本低，易于工程推广。本发明的主要解决方案是这样实现的
一方面，本发明提供一种无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器，其包括逆变器、用于逆变器并网连接运行的LCL滤波器、用于并网电流检测的电流传感器、用于并网电压检测的电压传感器、用于逆变器并网运行的电流控制环和开关驱动电路，所述逆变器与所述LCL滤波器、所述开关驱动电路直接相连，所述电流控制环产生逆变开关运行所需的调制信号后提供给所述开关驱动电路。优选地，所述逆变器是基于高频开关的脉冲宽度调制控制的单相或三相逆变器。另一方面，本发明还提供一种无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的一体化设计方法，所述无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器包括逆变器、用于逆变器并网连接运行的LCL滤波器、用于并网电流检测的电流传感器、用于并网电压检测的电压传感器、用于逆变器并网运行的电流控制环和开关驱动电路，所述逆变器与所述LCL滤波器、所述开关驱动电路直接相连，所述电流控制环产生逆变开关运行所需的调制信号后提供给所述开关驱动电路，所述无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的一体化设计方法包括步骤a.选择合适的应用于L型并网逆变器的电流PI控制器，同时在PI控制器的输出端引入电网电压单位比例前馈；b.根据步骤a的电流PI控制器界定合适的LCL滤波器谐振频率范围，使得控制系统达到期望的稳定裕度；c.在步骤b所界定的LCL滤波器谐振频率的范围内选择合适的谐振频率，再选择合适的并网电流在载波带及旁带的最显著的谐波含量的目标值和电感分裂系数，最终得到LCL滤波器的各无功元件参数。优选地，所述逆变器是基于高频开关的脉冲宽度调制控制的单相或三相逆变器。本发明有效地综合了 L型并网逆变器的控制性能和LCL滤波器对高频电流纹波的衰减性能，设计流程简单，成本低，易于工程推广。
图I是本发明具体实施例的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的电路结构及其控制结构示意 图2是本发明具体实施例的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的并网逆变控制系统的阶跃响应 图3是本发明具体实施例的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器对电网背景谐波的抑制能力 图4是本发明具体实施例的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器在电网内阻变化情况下的开环频率响应图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。下面结合图I至图4对本发明的具体实施例的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器及其一体化设计方法的具体实施例进行详细说明。图I是本发明具体实施例的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的电路结构及其控制结构示意图，图2是本发明具体实施例的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的并网逆变控制系统的阶跃响应图，图3是本发明具体实施例的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器对电网背景谐波的抑制能力图，图4是本发明具体实施例的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器在电网内阻变化情况下的开环频率响应图。本发明实施例的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器，其包括逆变器I、用于逆变器并网连接运行的LCL滤波器2、用于并网电流检测的电流传感器3、用于并网电压检测的电压传感器4、用于逆变器并网运行的电流控制环5和开关驱动电路6，逆变器I与LCL滤波器2、开关驱动电路6直接相连，电流控制环5产生逆变开关运行所需的调制信号后提供给开关驱动电路6。本发明具体实施例中，逆变器I是基于高频开关的脉冲宽度调制控制的单相或三相逆变器。另一方面，本发明还提供一种如上所述的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的一体化设计方法，该无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的一体化设计方法包括步骤a.选择合适的应用于L型并网逆变器的电流PI控制器(Proportional Integral Controller),同时在PI控制器的输出端引入电网电压单位比例前馈；b.根据步骤a的电流PI控制器界定合适的LCL滤波器谐振频率范围，使得控制系统达到期望的稳定裕度；c.在步骤b所界定的LCL滤波器谐振频率的范围内选择合适的谐振频率，再选择合适的并网电流在载波带及旁带的最显著的谐波含量的目标值和电感分裂系数，最终得到LCL滤波器的各无功元件参数。具体地，本发明具体实施例的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的一体化设计方法步骤详细介绍如下
(I)选择合适的规则整定应用于单电感型并网逆变器的电流PI控制器，其表达式为
权利要求
1.一种无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器，其特征在于，包括逆变器、用于逆变器并网连接运行的LCL滤波器、用于并网电流检测的电流传感器、用于并网电压检测的电压传感器、用于逆变器并网运行的电流控制环和开关驱动电路，所述逆变器与所述LCL滤波器、所述开关驱动电路直接相连，所述电流控制环产生逆变开关运行所需的调制信号后提供给所述开关驱动电路。
2.根据权利要求I所述的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器，其特征在于，所述逆变器是基于高频开关的脉冲宽度调制控制的单相或三相逆变器。
3.一种无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的一体化设计方法，其特征在于，所述无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器包括逆变器、用于逆变器并网连接运行的LCL滤波器、用于并网电流检测的电流传感器、用于并网电压检测的电压传感器、用于逆变器并网运行的电流控制环和开关驱动电路，所述逆变器与所述LCL滤波器、所述开关驱动电路直接相连，所述电流控制环产生逆变开关运行所需的调制信号后提供给所述开关驱动电路，所述无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的一体化设计方法包括步骤 a.选择合适的应用于L型并网逆变器的电流PI控制器，同时在PI控制器的输出端引入电网电压单位比例前馈； b.根据步骤a的电流PI控制器界定合适的LCL滤波器谐振频率范围，使得控制系统达到期望的稳定裕度； c.在步骤b所界定的LCL滤波器谐振频率的范围内选择合适的谐振频率，再选择合适的并网电流在载波带及旁带的最显著的谐波含量的目标值和电感分裂系数，最终得到LCL滤波器的各无功元件参数。
4.根据权利要求3所述的无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的一体化设计方法，其特征在于，所述逆变器是基于高频开关的脉冲宽度调制控制的单相或三相逆变器。
全文摘要
本发明提供一种无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器，其包括逆变器、用于逆变器并网连接运行的LCL滤波器、用于并网电流检测的电流传感器、用于并网电压检测的电压传感器、用于逆变器并网运行的电流控制环和开关驱动电路，所述逆变器与所述LCL滤波器、所述开关驱动电路直接相连，所述电流控制环产生逆变开关运行所需的调制信号后提供给所述开关驱动电路。本发明还提供一种无需谐振阻尼的LCL型并网逆变器的一体化设计方法。本发明有效地综合了L型并网逆变器的控制性能和LCL滤波器对高频电流纹波的衰减性能，设计流程简单，成本低，易于工程推广。
文档编号H02J3/38GK102761138SQ20121026733
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者薛明雨 申请人:慈溪市宇时通信电力设备有限公司