CN116169864B - Lcl滤波的pwm逆变桥阻尼控制系统及方法 - Google Patents

Lcl滤波的pwm逆变桥阻尼控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统及方法，属于电子技术领域。该系统包括：控制器，根据交流电网的基波频率，开关频率和基波频率的约束条件，确定逆变桥的开关频率；根据谐振频率和开关频率的约束条件，谐振频率和基波频率的约束条件，确定谐振频率；根据控制频率和谐振频率的约束条件，控制频率和开关频率的约束条件，确定控制频率；以控制频率采样逆变桥的交流电流和直流电压，经预设算法计算得到逆变桥的交流电压指令；根据交流电压指令，以开关频率得到逆变桥的开关指令，控制逆变桥开关；逆变桥，根据开关指令，将直流电压逆变为交流电压；LCL滤波器，滤除交流电压和交流电流中的谐波信号。这样，可实现对谐振的阻尼控制，实现简单。

Description

LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统及方法
技术领域
本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统及方法。
背景技术
电压源型脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)逆变桥，是一种电力电子变换装置，它可以实现交直流电源的转换。具有直流电压可控、网侧输入电流畸变率低、功率因数高以及能量双向流动等优点，在新能源并网发电、有源电力滤波器等工业领域得到了广泛的应用。
PWM逆变桥交流侧输出滤波器可以采用L型单电感滤波器或LCL型滤波器。当采用LCL滤波器时，其总电感量比采用L型滤波器小得多，有利于降低系统的体积和成本，提高电流动态性能，达到更好的滤波效果。
LCL型滤波器的一个突出问题是谐振：滤波器中电感和电容会发生谐振，导致交流电压和电流振荡，使得逆变桥不能正常工作。解决谐振有硬件和软件两大类方法。硬件方法是在电容支路串联一个阻尼电阻，该方法实施简单，阻尼效果好。但是阻尼电阻会削弱滤波效果，其损耗会降低系统效率。软件方法是利用软件算法来实现阻尼。常用的有虚拟电阻法和陷波器法。虚拟电阻法是在控制上来模拟实际阻尼电阻的作用，它需要增设额外的传感器采集电容电流等信息，增加了系统的成本和复杂性。陷波器法利用算法在谐振频率点处构造一个陷波器，将谐振频率对应的分量滤除掉。但是受滤波器电容容量衰减、铁芯饱和造成的电感量下降以及电网内阻抗变化等因素，谐振频率会发生变化，这使得陷波器法实用性大打折扣。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统及方法。
第一方面，本申请提供了一种LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统，所述系统包括：逆变桥、LCL滤波器和控制器；
所述逆变桥的直流输入端与直流电源连接，所述逆变桥的交流输出端与所述LCL滤波器的输入端连接，所述LCL滤波器的输出端与交流电网连接；
所述控制器，分别与所述逆变桥的控制端及所述直流输入端、所述LCL滤波器的输入端连接，用于根据所述交流电网的基波频率，开关频率和基波频率的约束条件，确定逆变桥的开关频率；根据谐振频率和开关频率的约束条件，谐振频率和基波频率的约束条件，确定谐振频率；根据控制频率和谐振频率的约束条件，控制频率和开关频率的约束条件，确定控制频率；以所述控制频率对所述逆变桥的交流电流和直流电压进行采样，并根据采样的交流电流和直流电压，经预设算法计算得到所述逆变桥的交流电压指令；根据所述交流电压指令，以所述开关频率得到所述逆变桥的开关指令，控制所述逆变桥开关；
所述逆变桥，用于根据所述开关指令，将直流电压逆变为所述交流电压指令；
所述LCL滤波器，用于滤除交流电压和交流电流中的谐波信号。
在一实施方式中，所述控制器，还用于根据开关频率和基波频率的约束条件，以及所述基波频率，确定所述开关频率。
在一实施方式中，开关频率和基波频率的约束条件包括以下公式1；
公式1：，其中，fs表示所述开关频率，fb表示所述基波频率；
所述控制器，还用于根据公式1及所述基波频率确定所述开关频率。
在一实施方式中，所述控制器，还用于根据开关产生谐波信号滤除约束条件，谐振信号不被采样及不被输出约束条件，以及开关频率和控制频率的约束条件，确定谐振频率和开关频率的约束条件。
在一实施方式中，开关产生谐波信号滤除约束条件包括以下公式2：
公式2：；
其中，fres表示所述谐振频率，fs表示所述开关频率；
谐振信号不被采样及不被输出约束条件包括以下公式3：
公式3：；
其中，fc表示所述控制频率；
开关频率和控制频率的约束条件包括以下公式4：
公式4：，其中，n为正整数；
所述控制器，用于根据公式2、公式3及公式4确定以下公式5，将公式5确定为谐振频率和开关频率的约束条件；
公式5：，其中，n大于等于2。
在一实施方式中，谐振频率和基波频率的约束条件包括以下公式6：
公式6：，其中，fb表示所述基波频率；
所述控制器，还用于根据公式5及所述开关频率，确定第一谐振频率范围；根据公式6及所述基波频率确定第二谐振频率范围；
根据所述第一谐振频率范围及所述第二谐振频率范围确定所述谐振频率。
在一实施方式中，所述控制器，还用于根据公式5确定n的取值，根据n的取值、所述开关频率和公式4确定所述控制频率。
在一实施方式中，所述逆变桥为单相逆变桥或三相逆变桥。
在一实施方式中，所述LCL滤波器包括网侧电感、逆变桥侧电感及支路电容；所述网侧电感的一端、所述逆变桥侧电感的一端和所述支路电容的一端连接，所述逆变桥侧电感的另一端与所述逆变桥的一交流输出端连接，所述网侧电感的另一端与所述交流电网连接；所述支路电容的另一端分别与所述逆变桥的另一交流输出端及所述交流电网连接。
第二方面，本申请提供了一种LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制方法，应用于第一方面提供的LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统，所述方法包括：
控制器根据交流电网的基波频率，开关频率和基波频率的约束条件，确定逆变桥的开关频率；根据谐振频率和开关频率的约束条件，谐振频率和基波频率的约束条件，确定谐振频率；根据控制频率和谐振频率的约束条件，控制频率和开关频率的约束条件，确定控制频率；以所述控制频率对所述逆变桥的交流电流和直流电压进行采样，并根据采样的交流电流和直流电压，经预设算法计算得到所述逆变桥的交流电压指令；根据所述交流电压指令，以所述开关频率得到所述逆变桥的开关指令，控制所述逆变桥开关；
所述逆变桥根据所述开关指令，将直流电压逆变为交流电压；
所述LCL滤波器滤除交流电压和交流电流中的谐波信号。
本申请提供的LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统及方法，实现简单，仅需要以控制频率和开关频率两个不同频率执行不同控制内容，不需要复杂控制算法。对参数适应性非常强，由于选择控制频率小于谐振频率的1.25倍，即便因为参数变化，导致谐振频率减小至原始值的70%，控制频率仍然小于谐振频率、仍然小于谐振频率的2倍，谐振频率相关信号仍然不会被采样到和生成，阻尼效果依然生效，而实际情况中，参数波动导致的谐振频率变化不会有这么大，可以确保有比较好的阻尼效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本申请提供的LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统的一结构示意图；
图2示出了本申请提供的谐振信号的传播路径的一示意图；
图3示出了本申请提供的谐振信号的传播路径被阻断的一示意图；
图4示出了本申请提供的电流阶跃响应的一示意图。
图标：10-控制器，20-逆变桥，30-LCL滤波器，40-直流电源，50-交流电网。
具体实施方式
下面将结合本申请中附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本申请的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本申请提供了一种LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统，不用额外增加阻尼电阻或传感器等硬件设施，就可以实现对谐振的阻尼控制，同时对谐振频率变化适应性强，且实现较为简单。
参见图1，LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统包括：逆变桥20、LCL滤波器30和控制器10；逆变桥20的直流输入端与直流电源40连接，逆变桥20的交流输出端与LCL滤波器30的第一端连接，LCL滤波器30的第二端与交流电网50连接。控制器10分别与逆变桥20的控制端及直流输入端、LCL滤波器30的第一端连接。
控制器10用于根据交流电网50的基波频率fb，开关频率和基波频率的约束条件，确定逆变桥的开关频率fs；根据谐振频率和开关频率的约束条件，谐振频率和基波频率的约束条件，确定谐振频率fres；根据控制频率和谐振频率的约束条件，控制频率和开关频率的约束条件，确定控制频率fc；以控制频率fc对逆变桥的交流电流和直流电压进行采样，并根据采样的交流电流和直流电压，经预设算法计算得到逆变桥的交流电压指令；根据交流电压指令，以开关频率fs得到逆变桥的开关指令，控制逆变桥开关。逆变桥开关后交流输出侧为PWM波，除还有交流电压指令分量外，还包含一系列与开关频率相关的谐波。
需要补充说明的是，基波频率fb是交流电网50的电压的频率，通常为50 Hz或60Hz，是确定的参数。谐振频率fres为LCL滤波器30的谐振频率，是由LCL滤波器30的电感参数、电容参数决定的谐振频率点。在信号频率低于谐振频率fres较多时，信号通过LCL滤波器30后基本没有变化，但当信号频率超过谐振频率fres后，信号通过LCL滤波器30后其幅值将被大幅削弱，体现了滤波效果。谐振频率的大小可根据需要进行设计。
控制频率fc也是采样频率，是控制器10对逆变桥20的直流电压、交流电流进行采样和控制的频率，可根据需要选择。开关频率fs：控制器10以该开关频率fs将交流电压指令转化为控制逆变桥20的开关信号，也是逆变桥20的功率器件实际开关一次的频率。开关频率fs可根据需要选择，但是要受功率器件特点、散热条件、硬件电路等因素影响，根据逆变桥功率器件类型以及电路、散热等硬件条件约束，选择合适的开关频率fs。为了保证输出波形质量，通常fs>50fb。对于常见的IGBT逆变桥，开关频率fs一般选择4-10kHz。
基波信号是与交流电网50同频的有用信号，LCL滤波器30应尽量减少对基波信号的影响。谐波信号主要由逆变桥20的PWM开关过程引起，其频谱主要分布在开关频率fs的整数倍附近。谐波信号是无用的有害信号，是逆变桥在开关过程中产生的谐波信号，LCL滤波器30应尽量将谐波信号滤除。因此，LCL滤波器30的谐振频率fres一般要求大于10倍的基波频率，而小于0.5倍的开关频率。
谐振频率fres的本质含义是，LCL滤波器30对该频率的信号具有很大的放大作用。如图2所示，当LCL滤波器30的输入端接收到谐振频率fres的电压激励信号后，可以在输出电流上产生远比其大的谐振电流响应信号。该谐振电流信号进一步被控制器10采集到后，经由控制器10内部算法，使得生成给LCL滤波器30的交流电压指令信号中谐振频率的成分更大，如此形成恶性循环，引起振荡。
如果能破坏谐振信号的“传播—放大”链条就可以消除谐振。陷波器法就是通过在交流电压指令输出通道或电流采样通道上构建陷波器，将谐波信号滤除掉，来打断谐振建立的过程。
参见图3，根据香农采样定律，当采样频率（也即本申请实施例中的控制频率fc）小于信号频率的2倍时，该信号将不能被有效采样到；同样的，当控制频率fc低于信号频率的2倍时，该信号也不能被有效的输出。在本实施例中，考虑一定的裕度，让控制频率fc小于谐振频率fres（对应上述信号频率）的1.25倍。按照以上分析，则输出电流中谐振频率的成分不能被采样到；同时，也不能有效生成谐振频率成分的交流电压。参见图3，相当于对于谐振频率的成分，在控制器10的输入端和输出端形成了电流、电压两个阻断环节，从而破坏了谐振的发生条件。
在本实施例中，预设算法可以包括矢量控制算法或者直接功率控制算法。进一步补充说明的是，并网逆变桥的控制是利用采集到的母线电压和交流电流得到逆变桥的输出电压指令。此控制方法主流是矢量控制算法，即根据母线电压期望值和实际值偏差利用电压外环PID调节器得到电流指令，再由电流指令和电流实际值偏差经PID调节器得到输出电压指令。除此外还有直接功率控制算法，在此不做限制。
逆变桥20，用于根据开关指令，将直流电压逆变为交流电压。在一实施方式中，交流电压包括基于所述交流电压指令产生的交流电压分量及由于逆变桥开关过程产生的谐波信号，逆变桥20为单相逆变桥或三相逆变桥。
LCL滤波器30，用于滤除交流电压和交流电流中的谐波信号。
在一实施方式中，LCL滤波器30为单相LCL滤波器或三相LCL滤波器。LCL滤波器30可以滤除逆变桥的交流电压和电流中的谐波成分，减少对电网的影响。
在本实施例中，设置的控制频率和开关频率不同，控制频率小于开关频率，控制频率为开关频率整数分之一。谐振频率大于控制频率的一半，而小于开关频率的一半。控制器以控制频率采样交流电流和直流电压，并按照算法计算输出交流电压指令。因滤波器的谐振频率大于控制频率的一半，因此谐振频率对应的电流不会被采样到，其生成的交流电压指令中也不会含有谐振频率的成分。控制器以开关频率控制逆变桥开关，因谐振频率小于开关频率的一半，因此交流电压中与开关频率相关的谐波成分都能够被滤波器大幅滤除。
进一步补充说明的是，若逆变桥20为单相逆变桥，则LCL滤波器30为单相LCL滤波器。若逆变桥20为三相逆变桥，则LCL滤波器30为三相LCL滤波器。
请再次参见图1，LCL滤波器30包括网侧电感L2、逆变桥侧电感L1及支路电容C；网侧电感L2的一端、逆变桥侧电感L1的一端和支路电容C的一端连接，逆变桥侧电感L1的另一端与逆变桥20的一交流输出端连接，网侧电感L2的另一端与交流电网50连接；支路电容C的另一端分别与逆变桥20的另一交流输出端及交流电网50连接。
在一实施方式中，控制器10，还用于还用于根据开关频率和基波频率的约束条件，以及所述基波频率，确定所述开关频率。
在一实施方式中，开关频率和基波频率的约束条件包括以下公式1；
公式1：，其中，fs表示所述开关频率，fb表示所述基波频率；
所述控制器，还用于根据公式1及所述基波频率确定所述开关频率。
在一实施方式中，所述控制器，还用于根据开关产生谐波信号滤除约束条件，谐振信号不被采样及不被输出约束条件，以及开关频率和控制频率的约束条件，确定谐振频率和开关频率的约束条件。
为了能有效滤除开关频次相关的谐波信号，确定开关产生谐波信号滤除约束条件，该开关产生谐波信号滤除约束条件包括以下公式2：
公式2：；
其中，fres表示谐振频率，fs表示开关频率；
按照前面理论分析，为了避免对谐振信号的采样和输出，确定谐振信号不被采样及不被输出约束条件，该谐振信号不被采样及不被输出约束条件包括以下公式3：
公式3：；
其中，fc表示控制频率；
开关频率fs是控制器10按照交流电压指令控制逆变桥20开关的频率，而交流电压指令是以控制周期进行更新的，因此开关频率fs只能是控制频率fc的整数倍，因此，确定开关频率和控制频率的约束条件，该开关频率和控制频率的约束条件包括以下公式4：
公式4：，n为正整数，fs表示开关频率。
在本实施例中，控制器10根据公式2、公式3及公式4确定以下公式5，将公式5确定为谐振频率和开关频率的约束条件；
公式5：，可见要使得/>存在，n大于等于2。
在一实施方式中，谐振频率和基波频率的约束条件包括以下公式6：
公式6：，fb表示基波频率；
控制器10，还用于根据公式5及开关频率fs，确定第一谐振频率范围；根据公式6及基波频率fb确定第二谐振频率范围；
根据LCL滤波器的电感参数、电容参数、第一谐振频率范围及第二谐振频率范围确定谐振频率fres。
在一实施方式中，控制器10，还用于根据公式4确定n的取值，根据n的取值、开关频率fs和公式3确定控制频率fc。
下面以LCL滤波器30为三相LCL滤波器为例进行说明。
三相LCL滤波器为5kW三相逆变桥，交流电网50的电压为380V，基波频率fb为50Hz，结合硬件设计情况，初步选择开关频率fs为6kHz。若选择n=3，则可得控制频率fc为2kHz。则谐振频率fres设计范围应为：1.6kHz~3kHz。按照此谐振频率约束，结合常见的LCL滤波器设计原则，得到一组滤波器电感、电容参数，最终谐振频率为1838Hz，相关参数如表1所示。
表1、5kW三相LCL滤波的逆变桥控制参数表
在该组参数下用采用本发明所提方法，以2kHz控制频率采样和交流电压指令，以6kHz频率进行整流桥开关。进行传递函数仿真得到输出电流阶跃响应如图4所示，可以看到电流响应迅速，稳态无振荡。在实际平台上测试，本实施例提供的LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统的控制效果稳定，电流波形无振荡。
本实施例中，LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统的控制频率fc为开关频率fs的n分之一，n为大于等于2的整数，并合理设置LCL滤波器的谐振频率、逆变桥的开关频率。控制器以控制频率对输出电流和直流电压进行采样，并生成交流电压指令；控制器根据交流电压指令以开关频率控制逆变桥进行开关，实现了对LCL型滤波器谐振的阻尼控制。这样，既可以保证LCL型滤波器能充分滤除开关频率相关次谐波，减少对基波信号影响，又可以避免因该LCL型滤波器导致的系统谐振。
本实施例提供的LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统，实现简单，仅需要以控制频率和开关频率两个不同频率执行不同控制内容，不需要复杂控制算法。对参数适应性非常强，由于选择控制频率小于谐振频率的1.25倍，即便因为参数变化，导致谐振频率减小至原始值的70%，控制频率仍然小于谐振频率、仍然小于谐振频率的2倍，谐振频率相关信号仍然不会被采样到和生成，阻尼效果依然生效，而实际情况中，参数波动导致的谐振频率变化不会有这么大，可以确保有比较好的阻尼效果。
实施例2
此外，本申请提供了一种LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制方法，所述方法应用于实施例1提供的LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统，所述方法包括：
控制器根据交流电网的基波频率，开关频率和基波频率的约束条件，确定逆变桥的开关频率；根据谐振频率和开关频率的约束条件，谐振频率和基波频率的约束条件，确定谐振频率；根据控制频率和谐振频率的约束条件，控制频率和开关频率的约束条件，确定控制频率；以所述控制频率对所述逆变桥的交流电流和直流电压进行采样，并根据采样的交流电流和直流电压，经预设算法计算得到所述逆变桥的交流电压指令；根据所述交流电压指令，以所述开关频率得到所述逆变桥的开关指令，控制所述逆变桥开关；
所述逆变桥根据所述开关指令，将直流电压逆变为所述交流电压；
所述LCL滤波器滤除交流电压和交流电流中的谐波信号。
在一实施方式中，该LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制方法还包括：
所述控制器根据开关频率和基波频率的约束条件，以及所述基波频率，确定所述开关频率。
在一实施方式中，开关频率和基波频率的约束条件包括以下公式1；
公式1：，其中，fs表示所述开关频率，fb表示所述基波频率；
所述控制器根据开关频率和基波频率的约束条件，以及所述基波频率，确定所述开关频率，包括：
所述控制器根据公式1及所述基波频率确定所述开关频率。
在一实施方式中，该LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制方法还包括：
所述控制器根据开关产生谐波信号滤除约束条件，谐振信号不被采样及不被输出约束条件，以及开关频率和控制频率的约束条件，确定谐振频率和开关频率的约束条件。
在一实施方式中，所述控制器根据开关产生谐波信号滤除约束条件，谐振信号不被采样及不被输出约束条件，以及开关频率和控制频率的约束条件，确定谐振频率和开关频率的约束条件，包括：
开关产生谐波信号滤除约束条件包括以下公式2：
公式2：；
其中，fres表示所述谐振频率；
谐振信号不被采样及不被输出约束条件包括以下公式3：
公式3：；
其中，fc表示所述控制频率；
开关频率和控制频率的约束条件包括以下公式4：
公式4：，其中，n为正整数；
所述控制器根据公式2、公式3及公式4确定以下公式5，将公式5确定为谐振频率和开关频率的约束条件；
公式5：，其中，n大于等于2。
在一实施方式中，谐振频率和基波频率的约束条件包括以下公式6：
公式6：；
所述根据谐振频率和开关频率的约束条件，谐振频率和基波频率的约束条件，确定谐振频率，包括：
根据公式5及所述开关频率，确定第一谐振频率范围；根据公式6及所述基波频率确定第二谐振频率范围；
根据所述第一谐振频率范围及所述第二谐振频率范围确定所述谐振频率。
在一实施方式中，所述根据控制频率和谐振频率的约束条件，控制频率和开关频率的约束条件，确定控制频率，包括：
所述控制器根据公式5确定n的取值，根据n的取值、所述开关频率和公式4确定所述控制频率。
本实施例提供的LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制方法可以应用于实施例1所提供的LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统，实现简单，仅需要以控制频率和开关频率两个不同频率执行不同控制内容，不需要复杂控制算法。对参数适应性非常强，由于选择控制频率小于谐振频率的1.25倍，即便因为参数变化，导致谐振频率减小至原始值的70%，控制频率仍然小于谐振频率、仍然小于谐振频率的2倍，谐振频率相关信号仍然不会被采样到和生成，阻尼效果依然生效，而实际情况中，参数波动导致的谐振频率变化不会有这么大，可以确保有比较好的阻尼效果。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者终端中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (6)

1.一种LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统，其特征在于，所述系统包括：逆变桥、LCL滤波器和控制器；
所述逆变桥的直流输入端与直流电源连接，所述逆变桥的交流输出端与所述LCL滤波器的输入端连接，所述LCL滤波器的输出端与交流电网连接；
所述控制器，分别与所述逆变桥的控制端及所述直流输入端、所述LCL滤波器的输入端连接，用于根据所述交流电网的基波频率，开关频率和基波频率的约束条件，确定所述逆变桥的开关频率；根据谐振频率和开关频率的约束条件，谐振频率和基波频率的约束条件，确定谐振频率；根据控制频率和谐振频率的约束条件，控制频率和开关频率的约束条件，确定控制频率；以所述控制频率对所述逆变桥的交流电流和直流电压进行采样，并根据采样的交流电流和直流电压，经预设算法计算得到所述逆变桥的交流电压指令；根据所述交流电压指令，以所述开关频率得到所述逆变桥的开关指令，控制所述逆变桥开关；
所述逆变桥，用于根据所述开关指令，将直流电压逆变为交流电压；
所述LCL滤波器，用于滤除交流电压和交流电流中的谐波信号；
所述控制器，还用于根据开关产生谐波信号滤除约束条件，谐振信号不被采样及不被输出约束条件，以及开关频率和控制频率的约束条件，确定谐振频率和开关频率的约束条件；
开关产生谐波信号滤除约束条件包括以下公式2：
公式2：；
其中，fres表示所述谐振频率；
谐振信号不被采样及不被输出约束条件包括以下公式3：
公式3：；
其中，fc表示所述控制频率；
开关频率和控制频率的约束条件包括以下公式4：
公式4：，其中，n为正整数；
所述控制器，用于根据公式2、公式3及公式4确定以下公式5，将公式5确定为谐振频率和开关频率的约束条件；
公式5：，其中，n大于等于2；
谐振频率和基波频率的约束条件包括以下公式6：
公式6：；
所述控制器，还用于根据公式5及所述开关频率，确定第一谐振频率范围；根据公式6及所述基波频率确定第二谐振频率范围；
根据所述第一谐振频率范围及所述第二谐振频率范围确定所述谐振频率。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，开关频率和基波频率的约束条件包括以下公式1；
公式1：，其中，fs表示所述开关频率，fb表示所述基波频率；
所述控制器，还用于根据公式1及所述基波频率确定所述开关频率。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于根据公式5确定n的取值，根据n的取值、所述开关频率和公式4确定所述控制频率。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述逆变桥为单相逆变桥或三相逆变桥。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述LCL滤波器包括网侧电感、逆变桥侧电感及支路电容；
所述网侧电感的一端、所述逆变桥侧电感的一端和所述支路电容的一端连接，所述逆变桥侧电感的另一端与所述逆变桥的一交流输出端连接；所述网侧电感的另一端与所述交流电网连接；所述支路电容的另一端分别与所述逆变桥的另一交流输出端及所述交流电网连接。
6.一种LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-5中任一项所述的LCL滤波的PWM逆变桥阻尼控制系统，所述方法包括：
控制器根据交流电网的基波频率，开关频率和基波频率的约束条件，确定逆变桥的开关频率；根据谐振频率和开关频率的约束条件，谐振频率和基波频率的约束条件，确定谐振频率；根据控制频率和谐振频率的约束条件，控制频率和开关频率的约束条件，确定控制频率；以所述控制频率对所述逆变桥的交流电流和直流电压进行采样，并根据采样的交流电流和直流电压，经预设算法计算得到所述逆变桥的交流电压指令；根据所述交流电压指令，以所述开关频率得到所述逆变桥的开关指令，控制所述逆变桥开关；
所述逆变桥根据所述开关指令，将直流电压逆变为交流电压；
所述LCL滤波器滤除交流电压和交流电流中的谐波信号。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111463785A (zh) * 2020-04-21 2020-07-28 湖南工业大学 抑制光伏逆变器集群谐振的有源阻尼器自适应控制方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5257533B2 (ja) * 2011-09-26 2013-08-07 ダイキン工業株式会社 電力変換装置
CN103078321A (zh) * 2013-01-04 2013-05-01 广西电网公司电力科学研究院 一种光伏并网与有源滤波统一控制的lcl滤波器的设计方法
CN105406477B (zh) * 2015-08-18 2018-11-20 华中科技大学 一种三相并网系统lcl滤波器参数设计的方法
CN105720805A (zh) * 2016-05-20 2016-06-29 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种单相并网逆变器lcl滤波器设计方法
CN108599536B (zh) * 2018-05-09 2019-08-02 合肥工业大学 并网逆变器lcl滤波器改进型参数设计方法
CN112640280B (zh) * 2018-08-27 2024-01-09 西门子能源全球有限公司 具有控制装置和无源频率滤波器的多相多级变流器以及用于控制多相多级装置变流器的方法
CN114512986B (zh) * 2022-02-23 2024-04-16 合肥工业大学 一种并网逆变器的无源lcl滤波器参数优化设计方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111463785A (zh) * 2020-04-21 2020-07-28 湖南工业大学 抑制光伏逆变器集群谐振的有源阻尼器自适应控制方法

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