LCL型并网逆变器电流控制稳定性分析报告 .docx

精品名师归纳总结LCL 型并网逆变器电流把握稳固性分析- 电气论文LCL 型并网逆变器电流把握稳固性分析成林俞 1，刘红 2，文丹丹 1（ 1. 温州高校电气数字化设计技术浙江省工程试验室，浙江温州325035 。2.浙江埃菲生能源科技有限公司，浙江温州325032 ）摘要：在 LCL 型光伏并网逆变器中，电流把握器的比例把握系数设计不合理易造成系统不稳固，甚至损坏逆变器。对接受逆变侧电感电流反馈的LCL 型三相光伏并网逆变器进行数学建模，运用Routh.Hurwitz稳固性判据基于系统离散化模型进行稳固性分析， 可求得比例把握系数的精确范畴。 分析逆变侧电感、滤波电容以及网侧电感的取值与比例把握系数的关系，探讨滤波电感和电容的取值对系统稳固性的影响。通过Matlab仿真及在 50 kW 光伏逆变器试验平台上进行测试，验证了所进行的稳固性分析的正确性。关键词：逆变器。电流把握器。稳固性判据。比例把握中图分类号： TN710.34 。 TM464文献 标识码： A文章编号 ：1004.373X （2021 ）16.0141.04收稿日期： 2021.03.24基金工程：国家自然科学基金资助工程（51207112 ）0 引言人类社会的快速进展使能源消耗量剧增，石油等不行再生能源的日益枯竭引起全球各界的担忧。 石油、煤等化石能源燃烧排放出大量的二氧化碳、二氧化硫等气体引起温室效应、 酸雨等环境问题， 对人类的生存和进展构成严肃的威逼。进展新能源已经成为全球能源变革的大趋势。 太阳能是人类可利用的最丰富可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的清洁能源而得到世界各个国家的重视， 我国先后实施“金太阳示范工程”和颁布一系列政策支持分布式光伏发电，大力推动了光伏产业的进展。逆变器作为光伏并网系统的核心，其把握技术是整个并网系统的重点。电流谐波含量是逆变器并网技术规范中的一项重要指标，在并网逆变器中一般接受适当的输出滤波器抑制并网电流谐波含量。L 滤波器的体积大且滤波成效不理想， LCL 滤波器减小了体积且对高频电流谐波重量有更强的抑制才能而得到广泛的应用 1.4 。由于 LCL 滤波器是三阶系统，二阶谐振零极点多，如把握器设计不当简洁造成系统的不稳固 5.8 。在工程应用领域， 并网逆变器常用的把握方法有比例积分把握 （PI）、比例谐振把握（ PR）等9.10 。比例把握对逆变器把握系统的稳固起主导作用， 积分把握和谐振把握是为排除静差而引入。 为此，本文运用一种适合工程应用的离散化方法，对接受逆变侧电流反馈的LCL 型三相并网逆变器的数学模型进行离散化分析，依据 Routh.Hurwitz稳固性判据可以得到比例把握系数的精确范 围。在此基础上， 探讨电感和电容的取值变化与比例把握系数的关系，由此探讨电感和电容对系统稳固性的影响。1 系统建模及离散化1.1 光伏逆变器模型图 1 为三相 LCL 型并网逆变系统原理图。直流电压Udc 由太阳能电池板产生，经全桥逆变电路后将直流电转换成沟通电， 通过把握逆变侧电感电流的频率和相位来跟踪电网电压的频率和相位，使输出电流保持为与电网电压同频同相的正弦信号，从而达到并网运行的目的。图中L1 为逆变侧电感， C 为滤波电容， L2 为网侧电感。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1.2 系统建模及离散化三相逆变器的调制电压uM设计为电网电压前馈 ug加上电流给定i*与电流反馈 i 的误差乘以比例把握系数 kp的组合，即：其中，电网电压前馈 ug抵消电网电压的变化，因此比例把握的把握方程式为：为便于分析，假设三相电网平稳，电感、电容及开关管均为理想器件， 就三相逆变器的每一相的工作状态一样。建立单相LCL 滤波器的模型，可分析三相 LCL 滤波器。单相把握系统数学模型如图2 所示。这里取逆变侧电感电流 i1 ，电容电流 iC ，及电容两端的电压 uC 为状态变量，得到以下方程：由于实际工程把握中一般是离散数字把握系统，因此需将上式离散化，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结即已知当前状态取值的条件下， 求解出下一时刻状态的取值。这里利用Laplace变换求解，状态方程的离散化形式为：接受比例把握，反馈电流从 L1 处采样，由式（ 2 ）可知：可知加入比例把握后的离散状态方程为：其中转移矩阵为：2 系统稳固性分析2.1 系统的特点方程及稳固性分析把握系统的特点方程：于是可得系统的特点方程为：系统稳固的条件是特点根的模 |1 。为利用劳斯判据，将特点方程作双线性变换，即令： = x + 1x - 1。整理后的特点方程为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结于是， |1 等价于 x 的实部小于零。 依据 Routh.Hurwitz稳固性判据条件，求得比例把握系数的范畴为：2.2 仿真验证仿真参数：逆变侧电感 L1=160H ，滤波电容 C=450F，网侧电感L2=40H ，采样周期 T=100s。依据上述理论推导可知，求得比例把握系数 的范畴为： 0kP3.16 。图 3 图 5 分别为 kP 取不同值时的逆变器输出电流波形， 比较图 3 图 5 可知：当 0kP3.16时，逆变器的电流输出波形稳固，不存在谐 振现象。当 kP=3.16时，系统处于临界状态，一开头系统谐振，波形短期内恢 复至稳固状态。当 kP3.16 取值 kP=3.2 时，逆变器系统谐振，电流波形发散， 不能稳固把握。 由此可知， 该离散化方法能够精确运算出比例把握系统的稳固把握范畴。2.3 试验验证为进一步验证所进行的稳固性分析的正确性和有效性，在50 kW光伏逆变器平台上进行试验， 依据该平台的参数运算出相应的比例把握系数。 图 6 所可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结示为 kP 取不同值时，逆变器的 A 相电流输出波形。由图可知，当 kP=3.1 时， 系统稳固。当 kP=2.05 时，系统接近谐振，输出波形较差。当 kP=2.1 时，系统谐振。3 比例把握系数 kP 的影响因素3.1 电容 C 的取值对 kP 的影响可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电感 L1 的取值范畴为（ 2.4e-6 ） （1e-3 ）H 时，函数 f L1 的曲线如图 8 所示。分析可知，电感 L1 与 kP 几乎为正比例关系， kP 随着 L1 的增大而增大。3.3电感 L2 的取值对 kP 的影响本仿真的参数为： C= （ 450e-6 ）F，L1= （ 160e-6 ）H，T=（ 100e-6 ）s。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结分析可知，电感 L2 对 kP 几乎无影响。综上所述，当接受逆变侧电感电流反馈时，逆变侧电感L1 的取值对比例把握系统的影响最大，也就是对逆变系统的稳固性影响最大。4 结语详细介绍一种离散化的比例把握系数整定方法，可精确的运算使系统稳定的比例把握系数范畴。 总结电感和电容的取值对比例把握参数的影响， 能够有效的指导逆变器电流把握器的设计。 降低并网逆变器的调试难度和风险， 具有较高工程应用价值。参考文献可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1 胡雪峰，韦徵，陈轶涵，等 .LCL 滤波并网逆变器的把握策略 J.中国电机工程学报， 2021 ，32 （ 27 ）：142.148.2 祝龙记，张旭立 .光伏并网逆变器 LCL 陷波校正滤波器 J.电工技术学报， 2021 ， 27 （9 ）：237.241.3 郭小强，邬伟扬，顾和荣，等 .并网逆变器 LCL 接口直接输出电流把握建模及稳固性分析 J.电工技术学报， 2021 ，25 （3）：102.109.4 郑昕昕，肖岚，王长宝，等 .三相变流器 LCL 滤波器参数优化新方法J.中国电机工程学报， 2021 ，33 （12 ）： 55.63.5 陈东，张军明，钱照明 .带 LCL 滤波器的并网逆变器单电流反馈把握策略J.中国电机工程学报， 2021 ，33 （ 9）：10.16.6 殷进军，刘邦银，段善旭 .LCL 滤波并网逆变器双环把握参数设计与优化J.电力系统自动化， 2021 ，37 （9）：123.128.7 白志红，阮新波，徐林.基于 LCL 滤波器的并网逆变器的把握策略J.电工技术学报， 2021 ，26 （ 1 ）：118.124.8 李泽斌，罗安，田园，等 .LCL 型光伏并网逆变器电流内环把握方法J.电网技术， 2021 ，38 （10 ）：2772.2778.9 鲍陈磊， 阮新波， 王学华， 等.基于 PI 调剂器和电容电流反馈有源阻 尼的 LCL 型并网逆变器闭环参数设计 J.中国电机工程学报， 2021 ， 32 （ 25 ）： 133.142.10 刘红，李赟，徐宗发 .应用于三相并网逆变器的 PR 解耦把握器 J.电力电子技术， 2021 ，47 （ 4 ）：14.16.作者简介：成林俞（ 1989 ），男，湖南永州人，硕士。主要争论方向可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结为变流技术及其把握。刘红（ 1985 ），男，湖南衡阳人，高级工程师，硕士。主要从事智能把握与变流技术等研发工作。可编辑资料 - - - 欢迎下载