应用于llcl单相并网逆变器谐振抑制的控制阻尼法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于LLCL单相并网逆变器谐振抑制的控制阻尼法，在LLCL滤波器谐振抑制支路的滤波电容Cf两端并联谐振抑制电容Cd，并以流经谐振抑制电容Cd的电流icd作为反馈控制信号，反馈控制信号经控制阻尼调节器调节后加入并网逆变器的控制系统。本发明可有效解决元件阻尼法的损耗和温升问题，能有效抑制LLCL滤波器在中频段的谐振峰，提高LLCL滤波器的滤波性能，进而有效改善并网逆变器的并网电流波形和谐波含量，提高单相并网逆变器的并网性能。
【专利说明】应用于LLCL单相并网逆变器谐振抑制的控制阻尼法
【技术领域】
[0001]本发明属于并网变换器的控制【技术领域】，尤其涉及一种应用于LLCL单相并网逆变器谐振抑制的控制阻尼法。
【背景技术】
[0002]电压型并网逆变器具有输出电流谐波含量低、功率因数调节以及能量双向流动的优点，体积小且重量轻，因此在有源滤波、电力传动以及太阳能等可再生能源的并网发电系统等领域得到了广泛的应用。
[0003]并网逆变器一般采用高频PWM调制技术，可能导致大量的高次谐波电流注入电网，会对电网电压造成污染，甚至严重影响电气设备的运行和工作，并网电流必须经过滤波装置才能符合并网标准，因此，并网逆变器并网滤波器的选择与设计尤为重要。并网滤波器结构主要有L、LC、LCL和LLCL四种形式。
[0004]和L、LC、LCL型滤波器相比，LLCL滤波器能够更好的满足并网逆变器输出滤波的要求，而且体积更小，成本更低。但是，LLCL滤波器属于高阶电路网络，在中频段存在谐振峰值，容易引起闭环控制系统的不稳定，因此需要采用有效的谐振抑制措施。
[0005]目前常用的谐振抑制方法是元件阻尼法，即在LLCL滤波器的电容上串/并联电阻元件对谐振起抑制作用，这种方法不需要增加额外的控制算法，实现简单，但是串/并联电阻元件需要消耗较大的有功功率，给系统的散热设计带来一定的挑战，电阻元件阻值过大则损耗较大，降低了发电效率，电阻元件阻值偏小则在弱电网接入时会因电网电感较大导致谐振抑制效果被削减。同时，添加电阻元件会削弱滤波器对高频谐波衰减性能。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种应用于LLCL单相并网逆变器谐振抑制的控制阻尼法，本发明通过引入附加反馈控制量来抑制谐振，既能有效抑制谐振，又能避免元件阻尼法电阻元件损耗较大弊端。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案:
[0008]LLCL滤波单相并网逆变器电路，包括相连接的并网逆变器和LLCL滤波器，LLCL滤波器包括由串联的滤波电感Lf和滤波电容Cf构成的谐振抑制支路，谐振抑制支路中滤波电容Cf两端仅并联有谐振抑制电容Cd。
[0009]采用上述LLCL滤波单相并网逆变器电路的控制阻尼法，包括:
[0010](I)构建控制阻尼调节器，保证并网电流与元件阻尼法下并网电流一致；
[0011](2)将并网电流ig与并网电流基准值ζ作差获得第一差值，第一差值经并网电流调节器；
[0012]( 3 )流经谐振抑制电容Cd的电流U经控制阻尼调节器，将并网电流调节器和控制阻尼调节器的输出作差，并输出至PWM脉冲发生器；
[0013](4) PWM脉冲发生器触发单相并网逆变器开关器件的开或关。[0014]上述并网电流调节器采用并网电流调节器传递函数G(S)实现。
[0015]上述控制阻尼调节器采用控制阻尼调节器传递函数GKd{s) = 二丨+1，其中，s为
复频域变量；cd为并联于滤波电容Cf两端的谐振抑制电容的容值；Rd为等效的电阻阻值。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0017]1、在LLCL滤波器谐振抑制支路的滤波电容Cf两端并联谐振抑制电容Cd，采样流经谐振抑制电容Cd的电流作反馈信号，采用控制阻尼法等效、替代元件阻尼法，消除了 LLCL滤波器中频段的谐振峰。
[0018]2、与基于元件阻尼法的LLCL滤波器相比，本发明能避免电阻元件的功率损耗问题，降低并网逆变器散发热量，从而降低并网逆变器散热成本，同时提高电能并网效率。
[0019]3、采用并网电流18外环控制、流经谐振抑制电容Cd支路的电流ied内环控制的双电流环控制策略，使控制系统增加一个电流内环，能提高电流输出的动态响应速度，更好地实现并网电流与网侧电压的单位功率因数。
[0020]4、可有效抑制并网电流中的谐波电流分量，有效提高LLCL滤波器的滤波性能和并网电能质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明LLCL滤波单相并网逆变器电路结构图；
[0022]图2为本发明LLCL滤波单相并网逆变器控制框图；
[0023]图3为本发明阻尼控制法的流程图；
[0024]图4为并网电流18对并网逆变器输出电压Ub的传递函数伯德图；
[0025]图5为传统的LLCL滤波单相并网逆变器中并网电流ig仿真波形及频谱分析图，其中，图(a)为并网电流ig仿真波形，图(b )为并网电流ig频谱分析图；
[0026]图6为本发明LLCL滤波单相并网逆变器中并网电流ig仿真波形及频谱分析图，其中，图(a)为并网电流ig仿真波形，图(b )为并网电流ig频谱分析图。
【具体实施方式】
[0027]附图及文中涉及的符号及标号说明:
[0028]E—并网逆变器直流侧电压；ub-并网逆变器输出电压；ib—并网逆变器输出电流；Sal> Sa2, Sbl, Sb2—功率开关管；Lb—逆变器侧电抗器；Lg—网侧电抗器；Cf一谐振抑制支路滤波电容；Lf一谐振抑制支路滤波电感；if一流经滤波电感Lf的电流；Cd—并联于滤波电容Cf两端的谐振抑制电容—流经谐振抑制电容Cd的电流；Rd—控制阻尼法等效的电阻性元件；ug—电网电压；ig—并网电流；G(s)—并网电流调节器传递函数；GKd(s) —控制阻尼调节器传递函数；Gpwm(s) — PWM脉冲发生器等效传递函数。
[0029]现有技术中，采用在LLCL滤波器谐振抑制支路的滤波电容Cf两端并联电阻元件Rd和电容Cd的元件阻尼法抑制LLCL滤波器的特征谐振，但本发明则仅在滤波电容Cf两端并联谐振抑制电容Cd，去掉电阻元件Rd，即在LLCL滤波器谐振抑制支路的滤波电容Cf两端并联谐振抑制电容Cd，并以流经谐振抑制电容Cd的电流U作为反馈控制信号，反馈控制信号经控制阻尼调节器调节后加入并网逆变器的控制系统，消除LLCL滤波器在中频段的谐振峰，从而改善逆变器的输出。
[0030]见图1，本发明LLCL滤波单相并网逆变器电路包括相连接的单相并网逆变器和LLCL滤波器，LLCL滤波器包括网侧电抗器Lg、逆变器侧电抗器Lb、由串联的滤波电感Lf和滤波电容Cf构成的谐振抑制支路、以及新增的谐振抑制支路，新增的谐振抑制支路为并联在滤波电容Cf两端的谐振抑制电容Cd。
[0031]本发明采用电流互感器采样流经谐振抑制电容Cd的电流ied作为反馈信号，通过控制阻尼法等效、替代元件阻尼Rd，对LLCL滤波器的特征谐振进行抑制，从而提高LLCL滤波器的滤波性能，进而提高单相并网逆变器的并网性能。
[0032]见图2~3，本发明阻尼控制法采用并网电流ig外环控制、流经谐振抑制电容Cd支路的电流U内环控制的双电流环控制策略，具体为:通过电流互感器采集流经网侧电抗器
Lg的并网电流ig，将并网电流ig与并网电流基准值ζ在第一减法器作差，并网电流基准值
ζ根据负载需求预先给定；并网电流ig与并网电流基准值f的差值经并网电流调节器输出
至第二减法器，与经过控制阻尼调节器作用的流经谐振抑制电容Cd的电流U于第二减法器作差，差值输出至PWM脉冲发生器，PWM脉冲发生器触发单相并网逆变器开关器件的开或关。
[0033]本具体实施中，单相并网逆变器和PWM脉冲发生电路均为电力电子专业领域的常规模块。并网电流调节器采用PI调节器，通过传递函数G(S)实现，并网电流调节器传递函数G(S)可采用公知的传递函数，在此不做赘述。控制阻尼调节器通过传递函数Gm(S)实现。
[0034]下面将提供控制阻尼调节器通传递函数GKd (S)及其推导过程:
[0035]假定采用元件阻尼法的LLCL滤波单相并网逆变器电路中涉及的各物理量均用上标“’ ”表示，元件阻尼法对应的LLCL滤波单相并网逆变器控制框图是在图2的基础上去掉控制阻尼调节器通过传递函数Gm(S))，并在谐振抑制电容Cd支路串联电阻元件Rd。
[0036]根据基于元件阻尼法的LLCL滤波单相并网逆变器电路和本发明LLCL滤波单相并网逆变器电路控制框图，可得LLCL滤波器中谐振抑制支路的电压；
【权利要求】
1.LLCL滤波单相并网逆变器电路，包括相连接的并网逆变器和LLCL滤波器，LLCL滤波器包括由串联的滤波电感Lf和滤波电容Cf构成的谐振抑制支路，其特征在于: 所述的谐振抑制支路中滤波电容Cf两端仅并联有谐振抑制电容Cd。
2.采用权利要求1所述的LLCL滤波单相并网逆变器电路的控制阻尼法，包括将并网电流ig与并网电流基准值ζ作差获得第一差值，第一差值经并网电流调节器，其特征在于: 构建控制阻尼调节器，保证并网电流与元件阻尼法下并网电流一致；流经谐振抑制电容Cd的电流U经控制阻尼调节器，将并网电流调节器和控制阻尼调节器的输出作差，并输出至PWM脉冲发生器，PWM脉冲发生器触发单相并网逆变器开关器件的开或关。
3.如权利要求2所述的控制阻尼法，其特征在于: 所述的并网电流调节器采用并网电流调节器传递函数G(S)实现。
4.如权利要求2所述的控制阻尼法，其特征在于: 所述的控制阻尼调节器采用控制阻尼调节器传递函数、
【文档编号】H02M1/12GK103746587SQ201410029927
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】王喜峰, 崔坤, 宋斌, 王保民, 张涛, 赵建军 申请人:开封光利高科实业有限责任公司