弱电网下LCL型并网逆变器组合滤波前馈控制策略研究

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随着光伏和风能等新能源的发展,并网逆变器对配电网的稳定性以及电能质量带来了很大的挑战。在实际应用中,公共电网接入大量分布式逆变电源和非线性负载,实际电网变成非理想的电压源,而呈现出弱电网特性,主要表现为存在不可忽略的时变性线路阻抗和大量的背景谐波,从而影响并网逆变器的入网电流的电能质量。本文在弱电网环境下,以三相LCL型并网逆变器为研究对象,主要研究电网阻抗变化对LCL型滤波器谐振抑制以及PCC(Point of Common Coupling)电压前馈的影响,同时提出相应的解决方法。弱电网环境下,本文重新构建了LCL型并网逆变器的数学模型,推导了其在不同坐标系下的数学模型。由于LCL型滤波器自身为三阶系统,其谐振频率处存在谐振尖峰,将会导致系统不稳定。针对这种情况,一般可通过无源阻尼或有源阻尼的方法来抑制谐振峰。对比分析常用的无源阻尼方法和有源阻尼方法的优缺点,指出在弱电网下基于陷波器的阻尼方法已然失效。弱电网环境下,由于存在电网阻抗的变化导致LCL型滤波器的谐振频率会产生变化,进而影响并网系统的稳定。针对这个问题,本文提出一种适用于LCL型并网逆变器的网侧电流延时反馈控制方法。该方法采用网侧的单环控制结构,通过合理设计LCL型滤波器相关的参数,在网侧电流反馈支路上引入适当的延迟补偿环节,从而扩大LCL型并网逆变器的稳定带宽,使LCL滤波器自身构成的谐振峰不会影响系统的稳定。弱电网环境下,电网电压存在时变性线路阻抗和大量的背景谐波,传统的PCC电压前馈,会额外引入网侧电流,从而导致系统稳定性降低。针对这种情况,本文提出了组合滤波前馈的方法。该方法通过引入特定谐波次数的陷波器组抑制背景谐波,选择截止频率较大的低通滤波器,提升系统稳定性兼顾动态响应。基于组合滤波前馈控制策略,采用网侧电流反馈的单环控制,合理设计LCL滤波器的具体参数,对组合滤波进行了数字化设计,能有效保证系统的稳定。在Matlab/Simulink环境下,搭建了仿真模型,然后详细设计系统软硬件,搭建了以TMS320F28335数字信号处理器为控制芯片的并网逆变器的实验平台。在该平台上进行启动,变载等实验。实验结果表明,采用网侧单环延时反馈控制,能让LCL型并网逆变器稳定运行;弱电网条件下,传统方法已然失效,而采用组合滤波前馈控制策略,保证系统稳定运行,提升系统的稳定性也兼顾动态响应,验证了本文组合滤波前馈控制策略的有效性。
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