申请/专利权人：南京理工大学

申请日：2021-12-06

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN114094802B

主分类号：H02M1/12

分类号：H02M1/12;H02M7/5387;H02M7/48;H02J3/38

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2022.03.15#实质审查的生效;2022.02.25#公开

摘要：本发明公开了一种拓宽正阻尼区间的LCL型逆变器并网装置及方法。该装置包括三电平逆变器、LCL滤波器、数字处理控制模块和驱动电路，其中数字处理控制模块包括采样单元、闭环控制单元、有源阻尼单元和正弦脉宽调制单元。方法为：确定数字控制引入的延时，得到有源阻尼等效虚拟阻抗的频率特性；分析电网阻抗波动引起有源阻尼策略失效的原因以及延时对正阻区间的影响；设计相位超前补偿环节并确定补偿系数；结合谐振尖峰阻尼效果和系统稳定性约束，确定有源阻尼控制参数和PR控制器主要参数。本发明具有硬件成本低、控制准确、适用范围广的特点，可以扩大谐振频率设计范围，使系统保持良好的谐振抑制能力并对电网阻抗波动具有强鲁棒性。

主权项：1.一种拓宽正阻尼区间的LCL型逆变器并网控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在每个开关周期内，数字控制模块的采样单元分别采集LCL滤波器与电网公共耦合点处的电压信号ua、ub、uc和网侧电流信号ia、ib、ic，并由闭环控制单元经Clarke变换将静止abc坐标系下的网侧电压、网侧电流变换到静止αβ坐标系下；步骤2、确定数字控制引入的延时，得到有源阻尼等效虚拟阻抗的频率特性，具体如下：步骤2.1、确定数字控制引入的延时：在单采样模式下，数字控制引入的总延时为： 其中，Ts为采样周期；步骤2.2、得到有源阻尼等效虚拟阻抗的频率特性：将有源阻尼环节等效为并联在滤波电容两端的虚拟阻抗Zeqs，表达式为： 其中，Kad和ωad为有源阻尼控制参数，Kpwm为逆变器增益，L1为逆变器侧电感，L2为网侧电感，Lg为感性电网阻抗；将s＝jω代入Zeqs中，得到并联在电容两端等效电阻Reqω和等效电抗Xeqω的频率特性： 其中，ω为信号角频率；步骤3、考虑电网阻抗波动，分析其引起有源阻尼策略失效的原因，具体如下：步骤3.1、由于控制延时的存在，Reqω存在正负临界频率ωR，在此频率处有源阻尼策略失效，对ReqωR＝0求解，即：ωRcos1.5ωTs+ωadsin1.5ωTs＝0得出有源阻尼的正阻尼区间为0,ωR，其中ωs6≤ωRωs3，ωs＝Ts2π；步骤3.2、当系统谐振频率大于ωR时，此时系统为非最小相位系统，不利于系统稳定设计；并且当电网阻抗波动时会导致谐振频率左移，当谐振频率等于ωR时，有源阻尼策略失效；因此为保证系统强稳定性，需要将谐振频率设计在正阻尼区间内，而ωR很大程度上限制了谐振频率的设计范围；步骤4、分析数字控制延时对正阻尼区间的影响，确定增加相位超前补偿环节可以拓展正阻尼区间；步骤5、设计相位超前补偿环节并确定调节系数，结合谐振尖峰阻尼效果和系统稳定性约束，确定有源阻尼控制参数和PR控制器主要参数，具体如下：步骤5.1、设计相位超前补偿环节并确定补偿系数：相位超前补偿环节的传递函数为： 其中，m为补偿系数；兼顾Gps的高频放大现象和相位超前补偿效果，折中选取补偿系数m＝0.8；步骤5.2、根据系统阻尼效果，确定有源阻尼控制参数Kad和ωad，如下： 其中，b为调节系数，在保持较好阻尼效果时有0.8b0.9；ωr为LCL滤波器谐振频率： 其中，C为滤波电容；步骤5.3、根据系统稳定裕量约束，确定PR控制器主要控制参数Kp和Kr，如下： 其中，ωc为系统开环传递函数的截止角频率；步骤6、比较补偿环节应用前后系统开环传递函数bode图，验证拓展正阻尼区间的有效性；步骤7、以电流正弦化为目标计算电流给定，并以网侧电流作为反馈量与所求得的电流给定量相减，经比例谐振调节器后与有源阻尼环节的输出作差，再经过Clarke反变换，输出三相调制波信号；步骤8、将步骤7所得的三相调制信号经正弦脉宽调制单元生成脉宽调制信号，该脉宽调制信号通过驱动电路控制逆变器开关管的工作状态。

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