LCL滤波的PWM整流器阻尼控制系统及方法与流程

本申请涉及电子，尤其涉及一种lcl滤波的pwm整流器阻尼控制系统及方法。

背景技术：

1、电压源型脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)逆变桥，是一种电力电子变换装置，它可以实现交直流电源的转换。具有直流电压可控、网侧输入电流畸变率低、功率因数高以及能量双向流动等优点，在新能源并网发电、有源电力滤波器等工业领域得到了广泛的应用。

2、pwm逆变桥交流侧输出滤波器可以采用l型单电感滤波器或lcl型滤波器。当采用lcl滤波器时，其总电感量比采用l型滤波器小得多，有利于降低系统的体积和成本，提高电流动态性能，达到更好的滤波效果。

3、lcl型滤波器的一个突出问题是谐振：滤波器中电感和电容会发生谐振，导致交流电压和电流振荡，使得逆变桥不能正常工作。解决谐振有硬件和软件两大类方法。硬件方法是在电容支路串联一个阻尼电阻，该方法实施简单，阻尼效果好。但是阻尼电阻会削弱滤波效果，其损耗会降低系统效率。软件方法是利用软件算法来实现阻尼。常用的有虚拟电阻法和陷波器法。虚拟电阻法是在控制上来模拟实际阻尼电阻的作用，它需要增设额外的传感器采集电容电流等信息，增加了系统的成本和复杂性。陷波器法利用算法在谐振频率点处构造一个陷波器，将谐振频率对应的分量滤除掉。但是受滤波器电容容量衰减、铁芯饱和造成的电感量下降以及电网内阻抗变化等因素，谐振频率会发生变化，这使得陷波器法实用性大打折扣。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请提供了一种lcl滤波的pwm整流器阻尼控制系统及方法。

2、第一方面，本申请提供了一种lcl滤波的pwm整流器阻尼控制系统，所述系统包括：逆变桥、lcl滤波器和控制器；

3、所述逆变桥的直流输入端与直流电源连接，所述逆变桥的交流输出端与所述lcl滤波器的输入端连接，所述lcl滤波器的输出端与交流电网连接；

4、所述控制器，分别与所述逆变桥的控制端及所述直流输入端、所述lcl滤波器的输入端连接，用于根据所述交流电网的基波频率，开关频率和基波频率的约束条件，确定整流器的开关频率；根据谐振频率和开关频率的约束条件，谐振频率和基波频率的约束条件，确定谐振频率；根据控制频率和谐振频率的约束条件，控制频率和开关频率的约束条件，确定控制频率；以所述控制频率对所述逆变桥的交流电流和直流电压进行采样，并根据采样的交流电流和直流电压，经预设算法计算得到所述逆变桥的交流电压指令；根据所述交流电压指令，以所述开关频率得到所述逆变桥的开关指令，控制所述逆变桥开关；

5、所述逆变桥，用于根据所述开关指令，将直流电压逆变为所述交流电压指令；

6、所述lcl滤波器，用于滤除交流电压和交流电流中的谐波信号。

7、在一实施方式中，所述控制器，还用于根据开关频率和基波频率的约束条件，以及所述基波频率，确定所述开关频率。

8、在一实施方式中，开关频率和基波频率的约束条件包括以下公式1；

9、公式1：，其中，fs表示所述开关频率，fb表示所述基波频率；

10、所述控制器，还用于根据公式1及所述基波频率确定所述开关频率。

11、在一实施方式中，所述控制器，还用于根据开关产生谐波信号滤除约束条件，谐振信号不被采样及不被输出约束条件，以及开关频率和控制频率的约束条件，确定谐振频率和开关频率的约束条件。

12、在一实施方式中，开关产生谐波信号滤除约束条件包括以下公式2：

13、公式2：；

14、其中，fres表示所述谐振频率，fs表示所述开关频率；

15、谐振信号不被采样及不被输出约束条件包括以下公式3：

16、公式3：；

17、其中，fc表示所述控制频率；

18、开关频率和控制频率的约束条件包括以下公式4：

19、公式4：，其中，n为正整数；

20、所述控制器，用于根据公式2、公式3及公式4确定以下公式5，将公式5确定为谐振频率和开关频率的约束条件；

21、公式5：，其中，n大于等于2。

22、在一实施方式中，谐振频率和基波频率的约束条件包括以下公式6：

23、公式6：，其中，fb表示所述基波频率；

24、所述控制器，还用于根据公式5及所述开关频率，确定第一谐振频率范围；根据公式6及所述基波频率确定第二谐振频率范围；

25、根据所述第一谐振频率范围及所述第二谐振频率范围确定所述谐振频率。

26、在一实施方式中，所述控制器，还用于根据公式5确定n的取值，根据n的取值、所述开关频率和公式4确定所述控制频率。

27、在一实施方式中，所述逆变桥为单相逆变桥或三相逆变桥。

28、在一实施方式中，所述lcl滤波器包括网侧电感、逆变桥侧电感及支路电容；所述网侧电感的一端、所述逆变桥侧电感的一端和所述支路电容的一端连接，所述网侧电感的另一端与所述逆变桥的一交流输出端连接，所述逆变桥侧电感的另一端与所述交流电网连接；所述支路电容的另一端分别与所述逆变桥的另一交流输出端及所述交流电网连接。

29、第二方面，本申请提供了一种lcl滤波的pwm整流器阻尼控制方法，应用于第一方面提供的lcl滤波的pwm整流器阻尼控制系统，所述方法包括：

30、控制器根据交流电网的基波频率，开关频率和基波频率的约束条件，确定整流器的开关频率；根据谐振频率和开关频率的约束条件，谐振频率和基波频率的约束条件，确定谐振频率；根据控制频率和谐振频率的约束条件，控制频率和开关频率的约束条件，确定控制频率；以所述控制频率对所述逆变桥的交流电流和直流电压进行采样，并根据采样的交流电流和直流电压，经预设算法计算得到所述逆变桥的交流电压指令；根据所述交流电压指令，以所述开关频率得到所述逆变桥的开关指令，控制所述逆变桥开关；

31、所述逆变桥根据所述开关指令，将直流电压逆变为交流电压；

32、所述lcl滤波器滤除交流电压和交流电流中的谐波信号。

33、本申请提供的lcl滤波的pwm整流器阻尼控制系统及方法，实现简单，仅需要以控制频率和开关频率两个不同频率执行不同控制内容，不需要复杂控制算法。对参数适应性非常强，由于选择控制频率小于谐振频率的1.25倍，即便因为参数变化，导致谐振频率减小至原始值的70%，控制频率仍然小于谐振频率、仍然小于谐振频率的2倍，谐振频率相关信号仍然不会被采样到和生成，阻尼效果依然生效，而实际情况中，参数波动导致的谐振频率变化不会有这么大，可以确保有比较好的阻尼效果。

技术特征：

1.一种lcl滤波的pwm整流器阻尼控制系统，其特征在于，所述系统包括：逆变桥、lcl滤波器和控制器；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于根据开关频率和基波频率的约束条件，以及所述基波频率，确定所述开关频率。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，开关频率和基波频率的约束条件包括以下公式1；

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于根据开关产生谐波信号滤除约束条件，谐振信号不被采样及不被输出约束条件，以及开关频率和控制频率的约束条件，确定谐振频率和开关频率的约束条件。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，开关产生谐波信号滤除约束条件包括以下公式2：

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，谐振频率和基波频率的约束条件包括以下公式6：

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于根据公式5确定n的取值，根据n的取值、所述开关频率和公式4确定所述控制频率。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述逆变桥为单相逆变桥或三相逆变桥。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述lcl滤波器包括网侧电感、逆变桥侧电感及支路电容；

10.一种lcl滤波的pwm整流器阻尼控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-9中任一项所述的lcl滤波的pwm整流器阻尼控制系统，所述方法包括：

技术总结
本申请提供LCL滤波的PWM整流器阻尼控制系统及方法，属于电子技术领域。该系统包括：控制器，根据交流电网的基波频率，开关频率和基波频率的约束条件，确定整流器的开关频率；根据谐振频率和开关频率的约束条件，谐振频率和基波频率的约束条件，确定谐振频率；根据控制频率和谐振频率的约束条件，控制频率和开关频率的约束条件，确定控制频率；以控制频率采样逆变桥的交流电流和直流电压，经预设算法计算得到逆变桥的交流电压指令；根据交流电压指令，以开关频率得到逆变桥的开关指令，控制逆变桥开关；逆变桥，根据开关指令，将直流电压逆变为交流电压；LCL滤波器，滤除交流电压和交流电流中的谐波信号。这样，可实现对谐振的阻尼控制，实现简单。

技术研发人员：魏庆,康绍锋,夏令思,沈碧慧,吴刘澄
受保护的技术使用者：浙江飞旋科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12