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。

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。

无阻尼LCL滤波器的并网变流器稳定性控制策略

在建立无阻尼LCL滤波器的三相电压型PWM变流器数学模型的基础上,系统地研究了电流采样频率和采样点位置对电流环稳定性的影响,并提出了一种稳定控制新策略,即通过调节采样频率控制系统的数字延时来改善系统的频率特性,从而使系统获得稳定;仿真和实验均有效验证了这种控制策略的正确性和可行性。

基于离散状态空间模型的LCL滤波并网变换器控制策略

采用LCL滤波的并网变换器对高次谐波具有良好的衰减效果,但是LCL滤波器为无阻尼三阶系统,易发生谐振。通过加入阻尼电阻和有源阻尼可以抑制振荡,但阻尼电阻会增加系统的损耗,而有源阻尼需要增加传感器。基于状态空间法建立LCL滤波器的离散状态空间模型,针对LCL滤波器的特性,采用状态反馈配置系统极点来增加系统的阻尼,从而抑制LCL滤波系统的谐振,实现系统的稳定控制。通过引入"虚拟电阻"的方法对并网电流的闭环极点进行配置,根据此极点求得系统的状态反馈矩阵,在z平面分析系统的稳定性和动态响应特性。最后,通过搭建的基于LCL滤波器的并网变换器进行验证,实验结果证明所提控制方法的可行性。

基于附加单位延时反馈的LCL型并网变换器鲁棒电流控制策略

LCL型并网电力电子变换器在运行过程中存在谐振现象,有源阻尼法因其无需额外增加硬件成本、低有功损耗而被广泛采用,但往往需要额外的传感器进行控制信号采集,故提出一种仅对并网电流进行采样的附加单位延时反馈鲁棒电流控制。建立传统单环有源阻尼策略的阻抗模型,分析传统策略中有效阻尼区的局限性;考虑数字延迟和弱电网,提出一种基于附加单位延时反馈的控制策略,采用该策略后,可缓解由延时效应导致的相位滞后并扩大有效阻尼区,且无需额外的传感器即可实现有源阻尼。相比于传统方法,所提方法无需重新设计硬件、调制改进等措施,仅从控制模型角度重塑了并网变换器的虚拟阻抗。进一步地,详细设计了单位延时反馈环节的参数,当LCL参数和电网阻抗变化时,变流系统在奈奎斯特频率区间仍能保持稳定,提升了对复杂电网的适应性。

LCL滤波的风电网侧变流器有源阻尼策略

为提高基于LCL滤波器拓扑的风电变流器系统稳定性,对变流器的谐振阻尼策略进行了研究。通过对LCL滤波的变流器电流闭环特性分析,提出了一种新型的有源阻尼策略。利用电容电流和比例环节对电网电流闭环极点进行配置,以增大电网电流闭环控制系统的阻尼,抑制谐振发生。为降低采样环节对系统稳定性的影响,提出了利用相位超前滤波器对延迟进行补偿的措施。通过搭建基于LCL滤波器的风力发电系统网侧变流器仿真模型和实验系统,对理论进行了验证。仿真和实验结果证明所提出的控制方案是正确可行的。

电压源型换流器LCL滤波器确定性设计

为保证LCL滤波器性能、提高LCL滤波器参数设计效率,基于电压源型换流器(VSC)的序分量动态相量(DPSCs)谐波分析模型,提出了一种LCL滤波器参数的确定性设计方法。该方法对换流器侧电感、滤波电容和网侧电感分别进行计算。换流器侧电感由功率约束和电流动态跟踪约束确定,并选取其下限值作为设计值;滤波电容由无功功率约束确定;通过谐波分析模型定量计算VSC各次谐波分量,并以IEEE 1547标准规定的并网谐波电流畸变率为约束条件,计算出网侧电感值,最后通过稳定性分析和仿真与实验验证滤波器参数设计的有效性。实验结果表明,所设计的LCL滤波器使得开关频率附近的谐波电流减少至0.02 A,高次谐波电流含有率约为0.23%。所提出的LCL滤波器确定性设计方法能有效提高LCL滤波器参数设计效率,减少了参数设计过程中的反复试凑和复杂的优化算法。

基于LCL-T半桥谐振变换器的LED恒流驱动电源

根据LED的简化等效模型,采用交流分析法分析了基于LCL-T半桥谐振变换器的LED恒流驱动电源其性能。在此基础上,减小谐振网络体积,提高功率密度为优化目标,定量计算出了变压器一二次匝数比的最优取值。最后制作了一台输入电压为400V,输出功率为10W的实验样机。在开环控制的情况下,恒流精度达到了10%。实验结果表明了理论分析的正确性。

考虑锁相环影响的LCL型并网变换器电流环控制器参数设计

通常风电场位于大电网的末端,并网端口电压的大幅波动将引起锁相环不同程度的暂态响应,使并网系统无法呈现预期的控制性能,甚至出现暂态不稳定的现象。考虑锁相环的暂态特性以及线路参数对大功率直驱风电系统中LCL型并网变换器电流控制性能的影响,提出了一种基于多目标函数的电流环PI控制器参数设计方法。首先,建立了并网电流控制系统的精确静态模型。在此基础上,通过对系统响应特性的幅值裕度、相位裕度和静态误差的分析,得到了满足上述要求的PI控制器参数取值范围。随后,建立了受锁相环性能影响的并网电流控制系统的暂态模型,进一步对已有的PI参数取值区间进行优化,得到了性能更优的控制器参数组合。最后,基于典型参数下1.5 MW的LCL型并网变流器进行了仿真分析,在10 k W的直驱式风力发电并网变流器样机上进行了实验验证。结果表明,该方法可全面改善并网电流控制的动静态响应特性以及对电网环境的适应能力。

具有LCL滤波器的网侧变流器多环控制

文章提出了风力发电应用中具有LCL滤波器的网侧变流器的一种多环控制结构,该结构采用电压外环外加3个逐层利用的电流内环,实现稳定的直流电压以及电流的前馈解耦和单位功率因数控制;使用基于复功率理论的电压估计方法简化了电容电压的估计,免去了使用电容电压传感器;该方法在Matlab/Simulink仿真环境中实现并得以验证。

基于LCL滤波器的蓄电池双向DC/DC变换器的研究

针对LCL型滤波器在DC/DC储能变换器的应用中,流过滤波电容的电流难以准确测量的问题,提出了一种电容电压内环反馈控制方法。首先依据蓄电池对充放电电流的要求,对LCL滤波器的参数进行了设计,以蓄电池侧电流为控制对象,加入滤波电容电压微分的反馈环节,增加系统阻尼,提高系统的稳定性。将LCL型滤波器应用到DC/DC储能变换器中,相比于传统的L型滤波器,可以大大减小滤波电感值,减小蓄电池充放电电流纹波,延长蓄电池寿命。最后通过仿真和实验验证了该方案的正确性和有效性。

基于局部复阻抗模型的LCL型并网变换器相位重塑控制策略

LCL型并网变换器采用变换器侧电流闭环反馈方式会导致并网电流的相位滞后于并网电压,无法满足并网系统单位功率因数运行。由于该相位差较小,未得到重视。然而,随着新能源并网功率的大规模化、含无功元件变换器拓扑的复杂化,并网点的相位滞后问题将日益突出,严重时将导致电网有功功率缺额甚至电网解列。针对上述问题,该文定义了局部复阻抗的概念,分析了并网点相位差产生的原因,进而提出一种改善并网电流相位滞后的相位重塑策略。从阻抗角度厘清了被控电流与并网电流的相位空间矢量关系,在保留变换器侧电流闭环控制自稳性优点的同时,校正了并网电流与电压的相位差。该方法无需额外传感器,且无需重新设计锁相环,在电网畸变工况时仍有良好的适应性。所提局部复阻抗的概念可推广至其他LCL型滤波结构的变型及其派生拓扑的研究领域中,对改善并网功率因数的相关研究提供一定的借鉴意义。最后,仿真和实验案例验证了文中的分析结果的正确性和可行性。

三相电压型PWM变流器交流侧LCL滤波器的有源阻尼策略研究

三相电压型PWM变流器是分布式可再生能源发电单元接入传统配电网的主要接口设备。在PWM变流器主电路设计中,采用LCL滤波器替代传统的L型滤波器已经被广泛地接受。针对含LCL滤波器的三相电压型PWM变流器,在系统输入输出模型与传递函数的基础上,提出了一种新型LCL滤波器优化设计方法。与传统L型滤波器相比,该方法具有电感总量小、动态性能好、系统成本低的优点。为了抑制LCL滤波器的固有谐振,在基于同步旋转坐标系的三相电压型PWM变流器控制中,通过在电流环中增加陷波滤波器的方法实现了LCL滤波器的有源阻尼。最后通过仿真和实验对所提出方法的正确性和有效性进行了证明。

LCL滤波的风力发电网侧变流器不同控制结构下的性能研究

风力发电系统中LCL滤波器的电网侧电流反馈和变流器侧电流反馈都可用作电流闭环控制,但不同的电流反馈控制结构会对变流器产生不同的影响。分别在理想电网无阻尼电阻、非理想电网无阻尼电阻和理想电网有阻尼电阻3种情况下对风力发电网侧变流器进行了分析。建立了电网电压定向的同步旋转dq坐标系下的风力发电网侧变流器数学控制模型,其中PI控制器被用于补偿被控电流的误差。根据推导出的不同电流控制结构下的闭环传递函数,对其进行了根轨迹分析。通过分析及仿真发现变流器侧电流反馈控制结构相对于电网侧电流反馈控制结构控制算法较复杂,但是系统稳定性好,电网电流的谐波畸变率较低,而电网侧电流反馈控制结构尽管抗电网扰动性较强,但调节器参数受到很大限制,系统动态响应速度较慢,稳态精度较低。

应用于双馈风力发电机的LCL型滤波器

根据对LCL型滤波器元件参数的约束条件的分析,提出在双馈风力发电机(DFIG)系统的网侧变换器(GSC)侧连接星形LCL型滤波器,在转子侧变换器(RSC)侧连接三角形LCL型滤波器,并以2.5 MW的DFIG为例,给出了各滤波器的参数。仿真结果表明,采用了提出的LCL型滤波器设计方法后,DFIG系统的GSC侧总谐波畸变率(THD)下降为1.70%,RSC侧总谐波畸变率下降为1.64%,滤波效果远优于L型滤波器。

LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器分析与控制

研究了一种新型LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器。根据LCL谐振网络的基本特性,在双移相控制方式下,使得初、次级全桥的交流侧电压与电流同相位,实现了单位功率因数,基本可以消除双有源全桥变换器中普遍存在的回流功率。在时域波形分析的基础上,建立了各次谐波的交流等效模型,计算了各次谐波传输功率相对于基波传输有功功率的比值,并通过基波近似法进一步研究了变换器的功率传输特性。最后,设计了一台额定功率为3.6kW的实验样机,特征波形、回流功率的实验与分析结果吻合,并验证了其运行在宽负载电压和功率范围内的良好特性。

LCL-T半桥谐振式恒流电容器充电电源

为了实现电容器恒流充电,研究了基于LCL-T谐振变换器的恒流充电技术。首先,运用交流分析法详细阐述了LCL-T谐振变换器在一定条件下实现恒流特性的原理,分析了不同品质因数下开关频率的变化对谐振变换器电流增益和逆变器输出端电压电流相位差的影响;其次,对二极管钳位型LCL-T半桥谐振式电容器充电电源的充电过程和性能进行了分析,并在此基础上设计了一台样机。最后,通过在12 s内将2 370μF电容器充电至600 V的仿真与实验证明了LCL-T半桥谐振式电容器充电电源具有恒流特性,且控制简单,适用于电容器的快速、精确充电。

LCL型并网变换器PCC点电压反馈有源阻尼控制策略

并网变换器作为分布式发电系统与电网间的连接枢纽,并网电流质量是其关键,采用LCL滤波器可用较小的电感量有效地降低电流谐波,但易引起谐振。同时,随着分布式发电系统的增大,公共接入点(PCC)的电网阻抗使得LCL滤波器固有谐振频率发生移动,更不利于电流系统的控制。而已有的大部分研究并没有重视电网阻抗的影响。针对上述问题,提出了一种基于公共接入点电压反馈的有源阻尼控制策略,该策略不需额外地增加传感器。分析了反馈环节参数对所提策略阻尼效果的影响。仿真验证了该策略的有效性与可行性。

一种带LCL滤波器的新型矩阵变换器控制策略

矩阵变换器由于输出电压、电流中存在的谐波成分对所带的负载有很大影响,引入电压、电流双闭环控制策略,提出一种带LCL滤波器的新型矩阵变换器。该变换器包含交-直(整流)和直-交(逆变)2级电路,其直流侧不需要储能元件,整流级和逆变级采用双向开关,在一定的约束条件下可降低开关的数量。分析了矩阵变换器的拓扑结构、双空间矢量调控算法、LCL滤波器设计及其在矩阵变换器逆变级的应用等。通过Matlab/Simulink软件进行了仿真实验,结果表明,带LCL滤波器的新型矩阵变换器能有效地降低输出电压、电流谐波,并能抑制输入侧谐波对输出电压、电流的影响。