采用谐振电感复用的LCL-T/LLC谐振变换器

LLC谐振变换器有着转换效率高、软开关特性好等显著优点。但在储能系统充电的应用场合中,宽电压增益输出要求LLC谐振变换器工作频率在较大范围内变化,从而引起转换效率明显降低、磁性元件设计困难、轻载调节有限等问题。研究了一种采用谐振电感复用的LCL-T/LLC谐振变换器,可用于电动汽车的车载充电。将谐振电感置于变压器副边,构建LCL-T谐振腔使得变换器工作在恒流充电阶段,LCL-T谐振变换器的恒流特性可以显著减小变换器的工作频率范围;通过辅助开关改变谐振支路,该谐振电感也可参与LLC谐振,使变换器工作在恒压充电阶段,提供稳定的充电电压。由于谐振电感位于变压器副边,减少了死区时间内的磁芯损耗,提高了转换效率。详细分析了该变换器的工作模式和直流增益特性,给出了关键参数设计原则。最后,搭建了一台3.3 kW、400 V/330 V的实验样机,验证了变换器拓扑和控制方案的有效性。

单相LCL型并网逆变器准比例谐振控制

针对PI控制对逆变交流信号无法实现无静差控制的问题,提出一种准比例谐振(QPR)控制策略,以提高电网基波频率处的增益,进而实现对正弦交流信号更好地跟踪控制.同时,针对LCL型滤波器存在谐振尖峰的问题,提出基于电容电流比例反馈的有源阻尼策略,构建电容电流内环与并网电流外环的双电流环控制结构,实现谐振尖峰抑制.为验证所提控制策略与控制结构的有效性,利用QPR控制及电容电流比例反馈有源阻尼策略构建单相LCL型并网逆变器仿真模型进行仿真验证,仿真结果表明所提控制策略使并网电流幅值误差约为0.03%,并网电流总谐波失真率为1.47%,有效降低了逆变交流信号的跟踪控制误差,提高了并网电流的质量,且具备良好的动态性能,验证了所提QPR控制的适应性.

附加虚拟阻抗的LCL型并网逆变器电流扰动观测控制方法

针对LCL型并网逆变器输出电流质量容易受电网电压背景谐波及在弱电网条件下电网阻抗的影响,提出一种附加虚拟阻抗的LCL型并网逆变器电流扰动观测控制方法。首先,在常规双闭环控制的基础上引入扰动观测器,将电网电压背景谐波视为系统外部扰动,利用扰动观测器实时估算出扰动量并前馈补偿动态消除扰动对系统的影响;其次通过阻抗分析法来分析弱电网系统中电网阻抗引起稳定性下降的问题,在电流扰动观测控制方法的基础上再加入虚拟阻抗进行优化设计,使得并网阻抗在阻抗交截频率较大范围内变化时的相角裕度仍然大于系统所约束的稳定裕度。仿真对比结果表明,所提方法在保持良好的电流质量的同时提高了系统对电网阻抗的鲁棒性。

基于双二阶滤波器的LCL型并网逆变器延时补偿方法

为了抑制LCL型滤波器的谐振尖峰,电容电流反馈有源阻尼被广泛应用于LCL型并网逆变器中。由于数字控制延时带来的不利影响,电容电流反馈有源阻尼的阻尼性能被严重削弱。负阻尼区域出现在f_(s)/6到f_(s)/2之间,减弱了并网逆变器的稳定性和对电网阻抗变化下的鲁棒性。在电容电流反馈通道上插入一个双二阶滤波器来补偿数字控制延时带来的相位滞后,正阻尼范围可以扩展到f_(s)/3,从而实现了对电网阻抗变化的高鲁棒性。选择了合适的离散化方法,分析了补偿后的系统稳定性。提出了一个详细的闭环参数设计流程,以获得良好的控制性能。最后,实验结果验证所提方法的有效性和参数设计流程的可行性。

一种基于LCL谐振补偿的电动汽车双向无线充电控制方法的研究

针对当前电动汽车无线充电控制系统控制策略较简单、抗干扰能力较弱的现状,提出一种基于LCL(串并联)谐振补偿的电动汽车双向无线充电控制方法。以LCL-BWPT(串并联谐振补偿-双向无线电能传输)系统为研究对象,从车主的角度出发,实现系统自治、独立运行,不需要集中控制器,考虑车主的意愿、电价以及EV(纯电动汽车)电池的荷电状态等。基于模糊控制理论推算出EV充/放电功率的参考值,以解决抗干扰能力弱、鲁棒性较差的技术问题。

全驱系统理论在LCL并网逆变器中的控制及应用

利用系统固有的全驱特性可将系统数学模型化为全驱模型,大大简化控制器的设计。文中建立了LCL滤波器全驱系统的数学模型,并推导出其控制率,通过仿真验证了控制的稳定性。

电动汽车无线充电系统LCL-S型补偿拓扑研究

在电动汽车无线电能传输系统的研究中,针对高频逆变环节后出现的谐波问题,提出了一种基于LCL-S型补偿方法。分析了LCL型补偿网络的恒流特性和补偿后输入阻抗呈电阻性,使系统的功率因数提高且系统的传输特性更加稳定高效。利用Maxwell和MATLAB与Simplorer对补偿环节拓扑的选取进行联合动态仿真验证。仿真结果表明,LCL-S补偿后的仿真波形图更加稳定。研究表明电动汽车无线充电LCL-S型补偿拓扑下的系统传输特性良好。

弱电网下LCL型并网逆变器高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼策略

并网电流反馈有源阻尼(grid-current-feedback-active-damping,GCFAD)策略可以在不增加额外传感器的前提下,有效抑制LCL型并网逆变器的谐振尖峰。在电网电压畸变的工况下,GCFAD策略往往与电网电压前馈策略同时使用以改善并网电流质量。然而,通过研究发现,传统GCFAD策略等效虚拟阻抗在中低频段的正阻特性会导致并网逆变器输出阻抗在中频段产生一定的相位滞后,从而降低了系统在电网电压畸变且附加电网电压前馈策略的情况下,对电网阻抗变化的鲁棒性。为了解决这一问题,提出了一种高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼(high robustness grid-current-feedback-active-damping,HR-GCFAD)策略,使虚拟阻抗在高频处呈现正阻特性以抑制LCL谐振尖峰,增强了系统的稳定性;在中低频段呈现负阻特性以提高系统中频段输出阻抗相位,进而提高了系统在附加电网电压前馈策略时对电网阻抗变化的鲁棒性。理论分析和实验结果充分验证了所提策略的有效性。

弱电网下LCL逆变器的有源阻尼控制策略研究

在弱电网中,由于电网阻抗的存在,会导致新能源并网LCL滤波器固有谐振频率发生偏移,传统有源阻尼控制策略则无法保证系统的稳定性。而且随着新能源发电在电力系统中的占比不断提高,如何降低运营成本成为了研究热点。因此本文提出一种基于并网电流和公共耦合电压反馈的新型控制策略,该控制策略不仅提供了有源阻尼以抑制LCL谐振,而且减少了传感器的使用,还能对大范围变化的电网阻抗有较强的适应能力。通过仿真和实验表明,与传统的控制策略相比,在改进的策略下弱电网的实用范围增加,系统的稳定性得到提高,对谐波的抑制能力提升,并网电流质量有了良好的改善。

基于H_(∞)滤波器的LCL型并网逆变器有源阻尼方法

LCL型滤波器具有优越的高频谐波抑制性能,但会造成谐振和稳定性问题。对于LCL型并网逆变器,传统的电容电流反馈型有源阻尼方法能有效抑制谐振尖峰,但是需要额外的电流传感器。为此,提出一种基于H_(∞)滤波器的新型有源阻尼控制策略。根据LCL型滤波器状态空间模型及过程噪声模型完成H_(∞)滤波器的求解,可利用入网电流和公共耦合点电压信息估计滤波电容电流并完成反馈,增大系统阻尼,即使LCL型滤波器参数发生摄动也仍能保持估计值的精确度。仿真和实验结果表明,该方法对LCL滤波器参数变化和电网阻抗变化不敏感,验证了该方法的可行性和优势。

基于虚拟导纳的LCL型并联有源电力滤波器鲁棒电流控制

基于电网电流和逆变侧电流的双环电流控制策略因其固有的有源阻尼作用而成为LCL型并联有源电力滤波器的研究热点,但控制回路中不同有源阻尼共存将导致系统特性难以确定。对此,通过虚拟导纳模型准确评估了系统的阻尼特性,发现其有源阻尼区域会随电网阻抗波动而变化,最大接近1/3采样频率;考虑LCL初始谐振频率处于不同的频率范围情况,利用开环极点及鲁棒性分析得到适用于不同情况的统一稳定性约束条件,并对应提出了一套鲁棒控制参数设计方法,从而充分保证电网阻抗波动下并联有源电力滤波器的稳定运行。在一台380V、45A的实验样机上验证了所提理论及控制策略的有效性。

弱电网下LCL型逆变器的改进并网电流控制策略

针对弱电网环境下电网阻抗的出现导致LCL型并网逆变器系统的相位裕度下降,造成严重的并网电流畸变,甚至系统失稳的问题,提出1种改进并网电流控制策略。在电压前馈环中引入多谐振控制器以抑制电网电压背景谐波,并在电流前馈环中加入相位补偿器以提升系统相位裕度,从而避免多谐振环节的谐振峰与−180°线交汇的风险。理论分析与仿真实验结果均表明,所提策略可有效抑制弱电网下LCL型并网电流谐波,提高电流质量,增强并网系统的稳定性。

LCL并网逆变器滤波参数近似计算方法

在高频谐波衰减系数相同的条件下,LCL型滤波器的体积和感量要明显小于L型,但是其约束条件有所增加,参数计算也变得更加复杂,不仅要考虑并网电流的质量,还需要关注逆变器侧电感电流纹波和无功功率等限制条件。为简化计算流程,基于有源阻尼提出一种LCL型并网逆变器滤波参数近似计算法。首先,分析拓扑再利用仿真软件分析逆变器输出电压的谐波含量;其次,对滤波器设计相关约束条件的优先级进行重新排序,以谐振比为关键参数推导出计算公式,以谐振频率为关键参数快速计算出总电感值,再综合各个参数的极限值,给出设计流程图,并进行误差分析;最后,通过流程图输出一组参数进行仿真和实验分析,证明所提出的LCL滤波参数计算方法的合理性和有效性。

计及背景谐波的LCL型并网逆变器谐振抑制策略

电网在运行时电压不可避免地含有一些附加的背景谐波成分,背景谐波的存在会使当电力电子装置与电网并网运行时,可能引起并网电流的波形畸变,同时会对电网的安全性、稳定性以及运行效率带来不良影响。针对此问题,先构建三相LCL型并网逆变器系统的阻抗数学模型,并深入探究电网电压波动对并网电流的具体影响机理;然后设计了一种电网电压全前馈抑制方法,用以减轻电网中背景谐波电压对并网电流造成的不利影响;最后进行了仿真验证,在加入策略后并网电流谐波含量从7.03%降到了1.46%。表明采用的电网电压全前馈抑制方法可有效地减小逆变器因电网背景谐波而产生的输出电流的影响,可有效抑制并网系统可能出现的谐振问题。

基于广义积分器二自由度PID控制的LCL逆变器

传统有源阻尼控制可抑制LCL逆变器谐振,但需要增加额外的电压或电流传感器。为此,提出了一种无需额外传感器的基于广义积分器的LCL并网逆变器单电流反馈二自由度PID控制(GI-2DoF-PID),GI-2DoF-PID比例积分环节实现并网电流无静差跟踪,而基于广义积分器的微分环节则增强LCL逆变器的阻尼特性。推导了控制系统的传递函数,分析了其稳定裕度与动态特性,提出跟踪和抗扰动优化的参数设计原则并选取了合适的控制参数。最后,构建了基于PLECS系统仿真模型,仿真结果表明:基于GI-2DoF-PID控制的LCL并网逆变器可以有效抑制谐振;电网电压严重畸变时,其满载并网电流畸变率仅为3%,远低于国家标准的要求;当系统从半载跳变到满载时,系统超调量低,响应速度快。

基于主动阻尼电路的LCL型并联有源电力滤波器谐振抑制方法

由于并联有源电力滤波器(SAPF)的宽控制带宽,LCL输出滤波器的谐振问题已经成为SAPF运行中的关键问题。为了解决LCL滤波器的谐振问题,提出了基于主动阻尼电路的新型阻尼方法,以在不影响SAPF控制的情况下实现阻尼效果。所提方法基于与滤波电容器串联的辅助变换器,在辅助变换器中,谐振电流被检测并反向注入作为变换器的参考信号,从而达到对谐振电流的阻尼效果。所提方法的稳定性通过频率响应分析,并与传统方法进行比较,证明了理论上的可行性。最后,实验结果验证了所提方法的有效性,与传统方法相比,所提方法具有更好的开关谐波抑制效果。

三相LCL-LC型仅网侧反馈的改进时滞抑制

LCL-LC电压源型逆变器仅网侧电流反馈的有源阻尼相比于电容电流反馈下的有源阻尼减少了检测元件的使用,能有效抑制LCL-LC逆变器产生的谐振峰。但由于数字电路里存在控制延时影响,因此电网阻抗的变化会引起谐振频率fr偏移,当fr处于采样频率fs的16附近时系统将会失稳。为了解决LCL-LC有源阻尼逆变器仅网侧反馈时控制延时对逆变器的影响,研究了在数字域下电网阻抗的变化对系统稳定性的影响,并提出了一种新的延时补偿方法,即在控制回路的前向通路中加入改进型延时补偿,将有源阻尼的等效正电阻从原有的fs 6扩展到0.4965fs,补偿后的有缘阻尼在fr发生偏移时由于等效正电阻的扩宽使得系统在fs 6附近不会失稳,从而极大地提升了系统的稳定性。仿真和实验验证了理论的正确性。

LCL型单相并网逆变器的控制策略分析与优化

针对LCL型滤波器在谐振频率处存在的谐振尖峰问题,本文提出了一种基于电容电流反馈的有源阻尼策略来抑制谐振尖峰。对于并网电流的控制,本文采用了PI调节器。首先,基于PI调节器和电容电流反馈有源阻尼的LCL型单相并网逆变器建立了数学模型,并分析了电容电流反馈系数和PI调节器参数对系统环路的影响。其次,根据相位裕度和幅值裕度确定电容电流反馈系数和PI调节器参数,从而提高了系统的稳定性和鲁棒性。最后,通过1 kW试验样机验证了理论的可行性。

基于三频段阻抗重塑的LCL型并网变流器谐振抑制策略

弱电网下采用电压前馈控制会增大并网变流器输出阻抗在交截频率处的负相移,可能导致并网电流的谐波谐振。针对这一问题,提出一种基于三频段阻抗重塑的LCL型并网变流器谐振抑制策略。该策略在电网电压前馈控制的基础上建立输出阻抗的三频段等效模型,利用三频段重塑增益因子重塑并网变流器不同频段的输出阻抗,减少输出阻抗在中频段的负相移,提高并网变流器在弱电网下的稳定运行能力。仿真结果表明,该策略保留了传统电压前馈控制对电网背景谐波的抑制能力,提高了并网系统的相位裕度,有效抑制了并网电流的谐振现象。

基于频率切换的S/LCL补偿恒流恒压型WPT系统研究

由于传统的插入式系统结构繁杂且频繁插拔容易发生电火花等危险,因此无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统凭借其固有的优势得到了广泛的研究,逐渐融入各种工业应用中.为了确保电池的性能及使用寿命,有效地为电池提供所需的恒定充电电流和恒定充电电压是非常必要的.然而在充电过程中,电池的等效电阻会发生显著变化从而导致系统很难在近似零相位角(zero phase angle,ZPA)运行下同时实现与负载无关的恒流输出和恒压输出.鉴于此,提出1种基于S/LCL补偿的WPT系统,该系统可以在2个固定频率下实现具有ZPA运行的恒流和恒压输出.最后,搭建了1台恒流充电为3 A和恒压充电为80 V的验证性实验样机,验证了所设计的WPT系统的正确性和可行性.