CN102594106A - 一种并网逆变器电压背景谐波的抑制方法 - Google Patents

一种并网逆变器电压背景谐波的抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种并网逆变器电压背景谐波的抑制方法,包括直流源、IGBT智能功率模块和LCL型滤波器,所述直流源经过IGBT智能功率模块进行单相逆变输出,所述单向逆变输出接LCL型滤波器后接入电网;其特征在于,采样电网电压信号经PLL锁相之后与参考电流幅值I*相乘,得到参考电流信号,所述参考电流信号与反馈电流i L2进行闭环调节得到第一路信号;采样电网电压信号与前馈函数相乘得到第二路信号;所述LCL型滤波器电容支路引出电容电流信号与虚拟电阻函数相乘得到第三路信号,所述第一路信号、第二路信号与第三路信号合并后送至G inv(s)调制产生PWM门极驱动信号,所述PWM门极驱动信号触发所述IGBT智能功率模块的开关管导通与关断;该方法能有效地去除电网背景谐波的影响。

Description

一种并网逆变器电压背景谐波的抑制方法
技术领域
本发明属于并网逆变器控制技术领域,尤其涉及一种并网逆变器电压背景谐波的抑制方法。
背景技术
近年来,能源危机日趋紧张,化石能源消耗造成的环境污染仍在持续。寻找积极有效的应对措施来解决能源危机和环境污染问题,已成为国内外极为关注的热点之一。作为补充能源较好的方式,基于可再生能源的分布式发电得到了迅猛的发展和普及。随着并网发电技术的不断发展,分布式发电系统的并网发电成为了电能应用的主要趋势。因此,研究低损耗、高功率因数、纯正弦电流输出的并网逆变器尤为关键。
为降低并网电流的总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD),传统并网逆变器有L及LC型滤波器。单电感的L型一阶滤波器,结构和控制简单,但其对高频谐波的衰减能力较差,为获得较好的波形效果往往需要较大的电感量,增大了体积,电流控制的动态性能也随之减弱;而LC型滤波器在逆变器工作于并网模式时,滤波电容只相当于本地负载,不起滤波作用。所以,LC型滤波器并网使用时与单电感滤波的效果相同。LCL型并网逆变器包含了两个滤波电感和一个滤波电容,对高频谐波的抑制能力强,所需滤波器尺寸小,特别适合大功率场合。不过由于三阶系统存在谐振问题,若直接闭环控制,其谐振频率附近,滤波器呈现的阻抗很小,相应的谐波电流容易放大,甚至超过谐波标准。
目前,工业中采用较多的是采用无源阻尼法,这种方法实现简单,但电阻的存在带来了损耗与散热问题。另一类方法是有源阻尼法,包括了分裂电容法、电容电流补偿法等。不论是无源阻尼法,或者有源阻尼法,并网逆变器的研究大都是在电网电压无畸变条件下进行的,而忽略了电网存在电压背景谐波的畸变情况。
发明内容
本发明提供了一种并网逆变器电压背景谐波的抑制方法,并解决了采用无源阻尼法所带来的损耗及散热问题。
本发明的技术方案是:一种并网逆变器电压背景谐波的抑制方法,包括直流源、IGBT智能功率模块和LCL型滤波器,所述直流源经过IGBT智能功率模块进行单相逆变输出,所述单向逆变输出接LCL型滤波器后接入电网;其特征在于,采样电网电压信号经PLL锁相之后与参考电流幅值I*相乘,得到参考电流信号,所述参考电流信号与反馈电流i L2进行闭环调节得到第一路信号;采样电网电压信号与前馈函数相乘得到第二路信号;所述 LCL型滤波器电容支路引出电容电流信号与虚拟电阻函数相乘得到第三路信号,所述第一路信号、第二路信号与第三路信号合并后送至G inv(s)调制产生PWM门极驱动信号,所述PWM门极驱动信号触发所述IGBT智能功率模块的开关管导通与关断;
其中G inv(s)为Heric结构逆变桥的等效传递函数。
所述前馈函数为:                                                
Figure 97946DEST_PATH_IMAGE001
       其中,Z L1(s)和Z c(s)分别为电感L 1和电容C的阻抗。
       所述虚拟电阻函数为
Figure 250578DEST_PATH_IMAGE002
其中,C为电容容值,Rc为原阻尼电阻值,s为拉普拉斯变换的微分算子。
本发明的有益效果是:通过前馈函数的引入,当电网电压存在背景谐波导致电网电压畸变的情况下,不会对并网逆变器造成损害,同时并网逆变器能够正常工作,并且提供良好的并网电流,提高了并网逆变器的稳定性,提升了并网逆变器的工作范围,持续有效地对电网进行能源上的补充。尤其对于弱电网或者偏远地区,电网质量下降的情况具有较高的实际应用价值。同时,通过细腻电阻函数的引入,去除了LCL型滤波器中无源阻尼法中的阻尼电阻,有效的抑制谐振,降低了原无源阻尼引起的电能损耗,消除了散热问题提高的电能转化效率。
附图说明
附图1为本发明的系统主电路原理图;
附图2 为本发明的系统控制结构框图;
附图3为本发明的等效变换框图及电压前馈补偿原系统的简化后框图;
附图4 为经推导出电压前馈函数后加入系统控制后的简化框图;
附图5为本发明基于无源阻尼改进的抑制前馈及阻尼虚拟化控制框图;
附图6为本发明系统示意图;
附图7为本发明进行仿真实验的波形图;
附图8为本发明对各次谐波情况进行统计分析的THD曲线。
具体实施方式
以下结合附图及仿真结果对本发明提出的控制方法进行详细描述。
附图1为本发明的系统主电路原理图,图中直流侧用直流电源表示进行并网的直流源,经过IGBT智能功率模块进行单相逆变输出,输出逆变电压用U i表示,后接LCL型滤波器即电感、电容、电感,其中电容支路的电阻在本发明中改进为虚拟电阻。电阻r1,r2为寄生电阻。进而逆变器逆变电流汇入市电(电网)当中。图中,采用电容支路电流、电网侧电压、并网电流,通过信号检测、并网控制以及驱动放大等环节后驱动IGBT,控制器件开通与关断。
由附图1可以得出并网逆变器LCL结构数学模型表达式:
经拉普拉斯变换,得到并网电流i L2的开环传递函数为:
式中M=L 1 L 2 Cs3+ (L 1 R c+L 2 R c+L 1 r 2L 2 r 1)Cs 2+(L 1+L 2+Cr 1 R c+Cr 2 R c+r 1 r 2 C)s+(r 1+r 2)。
附图2 为本发明的系统控制结构框图,基于图1的主电路关系,将其表示成控制框图的形式,将并网电流作为控制量,G inv(s)为Heric结构逆变桥的等效传递函数,Z L1(s)、Z L2(s)和Z c(s)分别为电感L 1L 2和电容C的阻抗,H i(s)为i L2闭环反馈系数,G i(s)为闭环的电流调节器,U g为电网电压。参考电流与反馈电流经过闭环电流调节函数以及逆变函数后,依据电流电压定律与LCL进行表示。
在附图2的基础上,将电容电压的反馈点从逆变电压交流输出调整至电感电流i L1(s)的输出端,并将Z c(s)与调整后的部分整合成D(s),其表达式为:
Figure 23121DEST_PATH_IMAGE005
i L2的反馈点移动至D(s)输出端,同时将电网电压输入前的传递函数整合成D 1(s),电网电压输入后的传递函数整合成D 2(s),其表达式分别为:
Figure 271788DEST_PATH_IMAGE006
Figure 635773DEST_PATH_IMAGE007
附图3为本发明的等效变换框图及电压前馈补偿,通过图2基础上对控制框图进行简化,运算,形成参考电流与电网电压输入,并网电流输出的简化框图,并依据数学运算的结果对系统作补偿及前向的移动,形成可抑制电压背景谐波的框图。
由上式可以将原系统简化成附图3:原系统简化后框图形式,在此基础上将前馈函数加入了框图中,得到附图4:经推导出电压前馈函数后加入系统控制后的简化框图的形式。
D 1(s)表达式变形可得:
Figure 560129DEST_PATH_IMAGE008
上述右式即为并网逆变器控制中所要添加的前馈函数,控制系统中加入此前馈环节后,即可有效地去除电网背景谐波的影响。
在附图4的基础上将简化的控制系统还原,并且将前馈函数部分加入,此时的无源阻尼法由于实际存在的阻尼电阻,会产生功率的损耗以及散热问题。
附图5为本发明基于无源阻尼改进的抑制前馈及阻尼虚拟化控制框图,将上式等式右侧的表达式加入到系统的控制框图中,在附图4基础上将简化系统还原并进行变换,将电阻与电容串联部分控制框图写成前向通道为1,反馈函数的F(s)的闭环传递函数与1/CS串联的形式,其中,。同时将反馈的电容电流输入端前移至电流调节器输出端,前移函数记为G(s):
Figure 67782DEST_PATH_IMAGE010
总的虚拟电阻函数即为:
Figure 20695DEST_PATH_IMAGE011
由此,通过对无源阻尼法的改进,最终实现抑制电网电压背景谐波下电阻虚拟化的有源阻尼方法。
如图6所示,电网电压经PLL锁相之后与参考电流幅值I *相乘,得到参考电流信号,与反馈电流i L2进行闭环调节,后与电网的前馈函数,电容支路的虚拟电阻函数进行合并,之后送至G inv(s)调制产生PWM门极驱动信号,触发开关管导通与关断。
附图7为本发明进行仿真实验的波形图:
其中在电网电压中加入了某次的背景谐波,模拟电网电压存在畸变的情况,通过仿真结果观察到并网逆变器工作过程中并网电流并未受到电网电压背景谐波的影响,而输出低THD的正弦电流。
附图8为本发明对各次谐波情况进行统计分析的THD曲线:
采用A)无谐波抑制时的控制策略;B)采用带电压背景谐波抑制且阻尼电阻虚拟化的控制策略;C)采用带电压背景谐波的无源阻尼控制策略进行对比分析,得到的观测数据。由图中可以看到,控制策略B与C谐波抑制效果明显优于A无背景谐波抑制的控制策略,有效地抑制了电压背景谐波的影响。而B与C的比较看到,阻尼电阻虚拟化的方法很好的替代了实际电阻的存在,虽然在THD的数据上实际电阻的效果略优于虚拟化的电阻,但都远小于5%的并网标准,同时采用阻尼电阻虚拟化的方式完全没有了电容支路上电阻的损耗,故其性能更优于无源阻尼的方法。
因此,由本发明公开的基于无源阻尼改进的并网逆变器抑制电压背景谐波方法思路清晰,角度新颖,控制简单,实用性强,具有很好的应用价值。

Claims (3)

1.一种并网逆变器电压背景谐波的抑制方法,包括直流源、IGBT智能功率模块和LCL型滤波器,所述直流源经过IGBT智能功率模块进行单相逆变输出,所述单向逆变输出接LCL型滤波器后接入电网;其特征在于,采样电网电压信号经PLL锁相之后与参考电流幅值I*相乘,得到参考电流信号,所述参考电流信号与反馈电流i L2进行闭环调节得到第一路信号;采样电网电压信号与前馈函数相乘得到第二路信号;所述 LCL型滤波器电容支路引出电容电流信号与虚拟电阻函数相乘得到第三路信号,所述第一路信号、第二路信号与第三路信号合并后送至G inv(s)调制产生PWM门极驱动信号,所述PWM门极驱动信号触发所述IGBT智能功率模块的开关管导通与关断;
其中G inv(s)为Heric结构逆变桥的等效传递函数。
2.根据权利要求1所述的一种并网逆变器电压背景谐波的抑制方法,其特征在于,所述前馈函数为:                                                
Figure 63193DEST_PATH_IMAGE001
 其中Z L1(s)和Z c(s)分别为电感L 1和电容C的阻抗。
3.根据权利要求1所述的一种并网逆变器电压背景谐波的抑制方法,其特征在于,所述虚拟电阻函数为
Figure 409860DEST_PATH_IMAGE002
 ,
其中C为电容容值,Rc为原阻尼电阻值,s为拉普拉斯变换的微分算子。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103746587A (zh) * 2014-01-22 2014-04-23 开封光利高科实业有限责任公司 应用于llcl单相并网逆变器谐振抑制的控制阻尼法
CN104092242A (zh) * 2014-07-15 2014-10-08 上海电力学院 一种基于可控虚拟阻抗的逆变器并联控制方法
CN104410072A (zh) * 2014-12-03 2015-03-11 天津天传新能源电气有限公司 一种用于并网逆变器的有源阻尼控制方法
CN104466965A (zh) * 2014-12-19 2015-03-25 上海交通大学 一种lcl滤波电路
CN105006839A (zh) * 2015-07-30 2015-10-28 上海电力学院 并网发电系统的弱电网网源荷阻抗模型分析方法
CN106300354A (zh) * 2016-09-21 2017-01-04 南京航空航天大学 一种并网变流器自适应电网电压前馈补偿方法
CN108493937A (zh) * 2018-03-12 2018-09-04 深圳市英威腾电气股份有限公司 抑制并网逆变器电网背景谐波的方法、装置及控制系统
CN108649603A (zh) * 2018-05-08 2018-10-12 深圳供电局有限公司 一种并网变流器控制方法
CN109039035A (zh) * 2018-08-07 2018-12-18 上海海事大学 适应电网电抗变化的并网逆变器滤波器参数设计方法
CN110967549A (zh) * 2018-12-04 2020-04-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 电流采样方法和电流采样电路
CN112928758A (zh) * 2021-02-05 2021-06-08 国家电网有限公司 一种有源阻尼的控制系统及方法
CN116488437A (zh) * 2023-01-11 2023-07-25 河海大学 软开关并网逆变器的电网电压前馈补偿控制电路

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102097824A (zh) * 2010-12-31 2011-06-15 华中科技大学 抑制电网电压对并网电流影响的lcl型并网逆变器控制方法
US20110221420A1 (en) * 2010-02-19 2011-09-15 Abb Research Ltd. Control method for single-phase grid-connected lcl inverter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110221420A1 (en) * 2010-02-19 2011-09-15 Abb Research Ltd. Control method for single-phase grid-connected lcl inverter
CN102097824A (zh) * 2010-12-31 2011-06-15 华中科技大学 抑制电网电压对并网电流影响的lcl型并网逆变器控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MARIUSZ MALINOWSKI: "A Simple Voltage Sensorless Active Damping Scheme for Three-Phase PWM Converters With an LCL Filter", 《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》 *
张迎新: "Active damping LCL滤波器在三相并网型逆变器中的设计与实现", 《电气自动化》 *
王学华: "抑制电网背景谐波影响的并网逆变器控制策略", 《中国电机工程学报》 *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103746587A (zh) * 2014-01-22 2014-04-23 开封光利高科实业有限责任公司 应用于llcl单相并网逆变器谐振抑制的控制阻尼法
CN104092242A (zh) * 2014-07-15 2014-10-08 上海电力学院 一种基于可控虚拟阻抗的逆变器并联控制方法
CN104092242B (zh) * 2014-07-15 2016-03-30 上海电力学院 一种基于可控虚拟阻抗的逆变器并联控制方法
CN104410072A (zh) * 2014-12-03 2015-03-11 天津天传新能源电气有限公司 一种用于并网逆变器的有源阻尼控制方法
CN104466965A (zh) * 2014-12-19 2015-03-25 上海交通大学 一种lcl滤波电路
CN104466965B (zh) * 2014-12-19 2016-11-16 上海交通大学 一种lcl滤波电路
CN105006839A (zh) * 2015-07-30 2015-10-28 上海电力学院 并网发电系统的弱电网网源荷阻抗模型分析方法
CN106300354A (zh) * 2016-09-21 2017-01-04 南京航空航天大学 一种并网变流器自适应电网电压前馈补偿方法
CN108493937A (zh) * 2018-03-12 2018-09-04 深圳市英威腾电气股份有限公司 抑制并网逆变器电网背景谐波的方法、装置及控制系统
CN108493937B (zh) * 2018-03-12 2021-10-08 深圳市英威腾电气股份有限公司 抑制并网逆变器电网背景谐波的方法、装置及控制系统
CN108649603A (zh) * 2018-05-08 2018-10-12 深圳供电局有限公司 一种并网变流器控制方法
CN108649603B (zh) * 2018-05-08 2021-07-06 深圳供电局有限公司 一种并网变流器控制方法
CN109039035A (zh) * 2018-08-07 2018-12-18 上海海事大学 适应电网电抗变化的并网逆变器滤波器参数设计方法
CN110967549A (zh) * 2018-12-04 2020-04-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 电流采样方法和电流采样电路
US11287454B2 (en) 2018-12-04 2022-03-29 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Current sampling method and current sampling circuit
CN112928758A (zh) * 2021-02-05 2021-06-08 国家电网有限公司 一种有源阻尼的控制系统及方法
CN112928758B (zh) * 2021-02-05 2024-05-24 国家电网有限公司 一种有源阻尼的控制系统及方法
CN116488437A (zh) * 2023-01-11 2023-07-25 河海大学 软开关并网逆变器的电网电压前馈补偿控制电路
CN116488437B (zh) * 2023-01-11 2024-01-30 河海大学 软开关并网逆变器的电网电压前馈补偿控制电路

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