三相变流器无源阻尼型LCL滤波器的分析与设计

在三相电压型变流器(VSC)中,LCL型滤波器以其优越的高频衰减特性,得到了广泛应用,尤其是在大功率场合,但其阻抗特性含有谐振峰,同时额外增加的RC支路消耗有功和无功功率,使得参数设计变得复杂。分析得知,无源阻尼型LCL滤波器的外特性仅取决于其总电感量L、阻尼系数ζ和自然频率ωn。在保证外特性相同的前提下,滤波器的参数将有不同的组合,因此需要进行优化设计。首先对滤波器进行深入的理论分析,在此基础上根据需求确定出滤波器的外特性。然后以RC支路的最小有功和无功损耗为目标对滤波器参数进行优化设计,得到无源阻尼型LCL滤波器的参数设计结果。最后,对不同参数的LCL滤波器进行实验,实验结果验证此分析与设计的合理性和有效性。

基于LCL输出滤波器的并网逆变器四种PI控制器设计方法

针对含有LCL输出滤波器这类大惯性环节的并网逆变器,提供了4种比例积分(proportion-integral,PI)控制器设计方法,并进行了比较研究,以期获得最佳设计方法。通过建立基于LCL输出滤波器的并网逆变器电流环数学模型,分析了频率特性法、对称优化法、模值优化法和工程优化法的基本原理,以及计算PI参数的具体方法;并从阻尼程度和响应速度2个方面,比较了4种设计方法的特点。结果表明,综合考量响应速度和阻尼程度后,最佳设计方法是模值优化法。实验结果验证了理论分析的正确性。

逆变器单元用LCL滤波器的并联系统性能分析

由于各并联单元之间的参数差异,逆变器并联系统存在环流,其中的高频环流由于其频率超出系统的控制带宽,难以通过控制的方式进行抑制。本文分析了高频环流存在的原因,提出将并联逆变单元的LC滤波器改变为LCL滤波器。比较了LC滤波器和LCL滤波器的阻抗特性,分析了采用LC滤波器和LCL滤波器的逆变器的闭环输出特性,指出经过适当的参数设计可以使得这二种逆变器的等效输出阻抗在低频段相近而在高频段呈现很大差异。并联系统在采用了LCL滤波器的逆变器作为并联单元后,可以利用其高频高输出阻抗很好地抑制高频环流,同时可以保持较硬的输出电压外特性。仿真和实验都验证了该方法的有效性。

基于LCL型输出滤波器的多并网逆变器系统的反谐振、谐振机理分析

为有效、经济地减少开关谐波以满足日益严苛的并网条件,LCL型输出滤波器业已成为电压源型脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)逆变器的标准配置,但长导线、大漏感和电容器等所形成的复杂配电网环境对基于LCL型输出滤波器的多并网逆变器系统的反谐振、谐振问题影响极大,为此,建立单个、多个并网逆变器的系统模型;借助Bode图获取反谐振、谐振频率;分析不同配电网环境下,基于LCL型输出滤波器的多并网逆变器系统的交互作用。实测结果验证了理论分析的正确性。

输入串联输出并联LCL型并网逆变器系统的目标多重化控制策略

输入串联输出并联(ISOP)逆变器组合系统适用于高直流电压输入、大功率交流输出的应用场合。如果将ISOP逆变器的拓扑应用在并网场合,那么一个大容量的并网逆变器就可以由多个小容量的标准化逆变器模块组成,这将有效提高系统的可靠性并且有利于系统的设计。本文基于ISOPLCL型并网逆变器组合系统,给出其优化拓扑以降低系统的体积和质量,并据此筛选控制变量,进而提出一种分布式控制策略以实现并网系统的多重控制目标,其包含模块间的功率均衡、谐振尖峰的抑制和进网电流的高功率因数。然后,论文在所提分布式控制的基础上给出一种冗余运行方案,保证ISOP逆变器并网系统中故障模块的平滑退出和备份模块的顺利投入。最后通过实验,验证了所提方案的有效性。

LCL滤波的三相并网逆变器电流双环控制策略

对于LCL滤波的三相并网型逆变器系统,电网电压畸变会增加网侧电流总谐波。针对该问题,分析了传统逆变侧电流单环控制策略无法有效抑制电网电压畸变对网侧电流的影响。为了增加网侧电流对电网电压畸变的抗扰性,提出了电流双环的控制策略。内环通过PI控制器实现对逆变侧电流的控制,外环通过PI+PR的控制方案完成对网侧电流的控制。通过推导系统的输出导纳的频率响应,分析了在提出方案下,网侧电流能够更有效地抑制网侧电压畸变的影响。仿真以及100kW样机的实验结果验证了该控制策略的有效性。

实现同相补偿的三相变流器输出滤波器LCL参数设计

针对同相供电系统中存在高次谐波问题,提出以电网侧电流谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)最小为目标的输出滤波器LCL参数设计方法。首先从机车电流、网侧电感、同相补偿装置(Co-phase Compensation Device,CPD)输出电流整体角度出发,推导电网侧谐波畸变率THD和CPD谐波衰减比RAF (Ripple Attenuation Factor)与网侧电感、LCL电容、LCL总电感、LCL总电感分配比之间的关系。其次以CPD补偿电流满足快速跟踪性、开关纹波电流满足抑制要求、LCL基波无功损耗满足限制条件来确定参数取值范围。THD最小为目标函数,RAF为约束,应用分割矩形算法(Dividing Rectangle Algorithm,DIRECT)进行求解,得到THD值最小时LCL滤波器的参数值。最后利用MATLAB/simulink仿真验证参数设计的正确性。

LCL滤波并网逆变器的多速率采样数字控制

针对在带LCL滤波器的并网逆变器控制设计中所用传感器多和开关频率高等问题,提出了一种基于多速率输出采样MROS(multi-rate output sampling)和无差拍控制的数字控制方法,并用状态预测算法得到滤波器状态值,再用带积分环节的无差拍控制和最优控制技术计算控制输入。此方法所用的预测算法能准确预测出滤波器状态值,减少了传感器数量,并能提供一个输出采样时间间隔用于实际工程中控制算法的实现。仿真结果表明,该数字控制系统性能良好,器件开关频率较低。

基于补偿前馈电压控制的三电平逆变器研究

考虑到光伏并网逆变后存留的高频谐波对LCL滤波中参数固定的电容及电感产生谐振作用，该文引入三电平逆变器，一方面可在输出端保证谐波含量低、电压的波形更加接近正弦波以降低滤波器中电容和电感串联谐振的可能，另一方面也为可在电流进入电容前而对系统做出相应的动作。该文比较传统电流内环控制策略，改进电压前馈的控制策略，提取逆变器输出端输出的电流对电压进行补偿，通过设计滤波器参数搭建模型及进行仿真得到结果表明其有效的抑制谐振，并可同时提高电网电流和电压的稳定性，有效地抑制电网电压谐波对网侧电流的影响。

并网逆变器谐波电流抑制研究中的准无穷大输出阻抗概念与应用

为抑制并网逆变器入网电流的谐波成分,提出并网逆变器输出阻抗准无穷大的思路。基于该思路,从并网系统诺顿等效电路的输出阻抗角度入手,详尽分析电网电压比例前馈控制、电网电压优化前馈控制和多谐振控制对输出阻抗影响的基础上,提出一种基于优化前馈与多谐振控制组合的控制策略。实验结果证明了所提组合谐波抑制策略的有效性。

有源电力滤波器输出电路设计与改进

输出电抗器和纹波滤波器组成有源电力滤波器的输出电路,直接影响到其电流补偿精度和动态性能。传统的LCL型滤波电路存在损耗大、衰减不够的问题,通过推导输出电抗器的取值范围,对传统LCL型滤波电路拓扑结构做出改进,提出一种有源电力滤波器输出电路的设计方法。给出设计实例并搭建样机,实验结果表明,按该方法设计的输出电路,在损耗和纹波衰减度方面均存在优势。

Norton equivalent circuit for current control loop of grid-connected system

Modeling method for the current control loop of a grid-connected PWM inverter with the LCL output filter was discussed.Firstly,the current control loop with the LCL inverter-side current as feedback was established.Then,parameters of PI controller were calculated on the basis of an equivalent controlled object.Finally,Norton equivalent circuit for the current control loop of grid-connected system was derived by integrating one control equation,which connected the PWM inverter output voltage and the LCL inverter-side current,with two circuit equations,separately using the LCL inverter-side current and the injected current as loop currents.With the induced Norton equivalent circuit,system-level resonant and unstable issues on real grid-connected system applied in weak distributed power systems can be easily analyzed.The validity of substituting Norton equivalent circuit for grid-connected system is verified by simulation and experiment.

多路输出高压隔离IGBT驱动电源研究

研究了一种应用于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的高压隔离驱动电源。驱动电源以电流型母线作为基础,用一根高压缆线作为变压器初级,具有多路输出和高压隔离的性能,且驱动的空间位置安排非常灵活。主要采用了LCL滤波网络的系统结构。LCL网络具有良好的滤波作用及恒流特性,可很好地满足低谐波含量和稳定可靠供电的要求。此外相较于单级LC谐振,其具有更好的容错能力和更大的谐振容量;在功率等级不变的条件下,通过合理的参数选择,可使开关器件承受更小的电流、电压应力,降低损耗。此外,还分析了磁环的饱和问题,给出了磁环选择的要求。最后,制作了一台样机,验证了方案的可行性。