逆变器侧电流反馈LCL并网逆变器的电容电压前馈方法研究

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并网逆变器作为可再生能源及储能系统连接电网的关键设备,其控制方法受到了广泛关注。相对于并网侧电流反馈(Grid-side Current Feedback,GCF)的方式,逆变器侧电流反馈(Inverter-side Current Feedback,ICF)所需传感器少,成本更低;但其对于电网阻抗的未知变化和GCF一样存在阻尼不足而电流振荡失控的问题,而现有的基于模型的预测控制、电容电压通过特定环节进行前馈等方法在工程实现上都较为复杂,需要较多的处理器资源。另一方面,ICF对于电网的背景谐波则较之GCF更加敏感,谐波电流抑制更加困难;这是由于ICF缺少网侧谐波信息,业界通用的多谐振控制器用于ICF系统的并网电流谐波抑制效果远低于GCF系统。为此,本文从电容电压前馈的角度出发,提出了两种新的方法来解决这两方面的短板,并且通过仿真与实验证明了两种方法的有效性。首先,第二章建立逆变器侧电流反馈的LCL型并网逆变器闭环模型,分析了逆变器侧电流反馈对LCL滤波器的谐振尖峰的固有阻尼特性及其在数字控制延时下采样频率需大于六倍LCL谐振频率的稳定条件,并通过仿真和实验进行了验证。第三章基于电容电压前馈的技术路线,提出了一种结构简单且易于实现的预测比例前馈新方法,以解决电网阻抗变化所引起的电流振荡失控。通过在电容电压前馈回路中加入了基于线性预测控制的环节来补偿数字延时的影响,同时在电容电压前馈中加入比例系数,再用Jury稳定判据设计合理的比例系数保证其稳定性并完成电流控制器设计。通过对比实验,验证了本文提出的电容电压预测比例前馈方法在较高电网阻抗下仍能保持稳定。同时,通过不同比例系数的实验,验证了比例系数对系统稳定性的调节作用。相对于已有文献的方法,本方法对于并网逆变器稳定控制的弱电网鲁棒性的提升一样有效,但其结构大为简化且易于实现。第四章同样基于电容电压前馈的技术路线,采用加入微分前馈的方法来提升多谐振控制器对并网电流谐波的抑制效果,并进行了数字微分器参数设计。然而单纯的微分前馈又将对控制器的稳定性产生负面影响,因此本文进一步提出了相位补偿方法,在提升并网电流谐波抑制能力的同时不降低系统稳定性。实验表明,加入电容电压微分前馈的多谐振控制器的谐波抑制能力远大于传统多谐振控制器方法,可将并网电流THD降到2%以内;同时,在较高电网阻抗时,该方法将失稳振荡,而加入本文相位补偿方法的系统依然能保持稳定。本文聚焦于逆变器侧电流反馈LCL型并网逆变器,所提出的提升逆变器稳定控制的鲁棒性和提升网侧谐波电流抑制效果的两种方法都基于电容电压的测量值,在控制器中通过预测比例前馈和微分前馈两条平行通道实现复合前馈,从而可在工业应用中无缝融合以上两方面的提升效果,而且较之现有方法结构更加简化且易于实现。
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