lcl滤波并网逆变器的多次采样控制

lcl滤波并网逆变器的多次采样控制

0基于多次采样的lcl滤波并网变压器控制研究近年来，新能源发电技术（如能源发电）越来越受到重视。网络滤波是网络发电系统的重要装置。随着并网逆变器功率的增大,LCL滤波器较L滤波器在滤波效果、成本和体积等各方面都有较大优势,从而得到广泛应用,但LCL滤波器为三阶系统,存在谐振问题为解决LCL滤波器的谐振问题,一般采用无源阻尼法和有源阻尼法。无源阻尼法通常采用电容支路串电阻LCL滤波器常用于大功率并网逆变系统中,开关频率较低,控制延时较大,则延时问题对系统控制性能的影响不能忽略。而无源阻尼法和有源阻尼法都只是为增加系统阻尼抑制谐振峰,没有从根本上消除延时影响系统稳定性的问题。针对数字控制延时的问题,文献[11]研究了L滤波并网逆变器的多次采样电流控制,研究表明多次采样能够提高系统带宽,但没有考虑LCL滤波器谐振问题,也没有对延时特性进行定量研究。文献[12]在LCL滤波并网逆变器控制中运用了多次采样的控制思想,指出该方法可以减小控制延时,但文中加入了陷波器结构,而陷波器设计与滤波器参数有关,如果参数不精确或发生变化,会影响系统控制性能,而且文中也没有对多次采样延时特性进行定量分析。所以,对于LCL滤波并网逆变器,综合考虑简化控制结构和减小控制延时的研究具有一定的必要性。针对上述问题,本文研究了基于多次采样的LCL滤波并网逆变器电流单闭环控制方案。首先,分析了常规的基于单次装载的PWM控制延时对系统稳定性的影响,在此基础上,研究多次采样控制方法,并对其延时特性进行定量分析,进而分析了在多次采样条件下LCL滤波并网逆变器可以获得较高的控制带宽和较大的稳定裕度。最后,通过实验验证了理论分析的正确性和所提方案的可行性。1延迟系统的稳定性分析1.1dm装卸波在基于DSP的并网逆变器数字控制过程中,PWM波通常是由DSP的PWM发生器中比较寄存器的值与产生三角载波计数器的值相比较得到的。PWM装载就是指将由采样数据经过控制算法计算得到的调制波信号值写到比较寄存器中。通常情况下,可将DSP设置为调制信号在三角载波波谷处(或峰值处)装载,这样一个开关周期内调制信号装载一次,这种情况为单次装载(single-update),如图1(a)所示,T1.2电流控制的简化分析三相LCL滤波并网逆变器主电路拓扑及其控制如图2所示,电流控制采用基于逆变侧电流单闭环控制,为简化分析,通常忽略滤波器的等效杂散电阻。在基于DSP的数字控制中,为解决最大占空比受限问题1.3开环函数的性质根据图2,可得电流环连续域控制框图如图3(a)所示。图中,G式中:K其中,由图3(b)和式(2)至式(4)可得系统开环传递函数如下。根据式(5)可得系统随PI调节器中比例系数K2基于多次采样的vm控制2.1多次采样控制基本原理多次采样控制是指数据的采样和调制信号装载的频率为N倍的开关频率,此处定义N为多次采样系数,即f图4(a)为多次采样PWM调制原理示意图,由当前采样时刻的采样数据计算得到的调制波信号在下一个采样时刻装载,调制信号的装载频率与多次采样系数N有关,实际上当N=1时即为单次装载,当N=2时即为两次装载,而当N→∞时,即多次采样的极限情况是模拟控制中的自然采样。2.2多次采样时的数字视频调制波特性由于在多次采样条件下仍采用滞后一拍输出,所以其延时同样包含一拍滞后延时,但延时时间由单次装载条件下的T多次采样在一个开关周期内的PWM调制示意图如图4(b)所示。m为调制波模拟信号,M为采样后阶梯状数字调制波信号,图中数字调制波信号幅值为Mm与载波相交产生PWM脉冲y(对应图4(b)中实线),M其中,式(7)中D为占空比,根据式(6)和式(7),可得式(8)。由式(8)可以看出,在多次采样条件下,调制信号经过PWM环节后,幅频响应近似为1,即幅值近似不变,延时时间为T实际上,这种分析方法同样适用于单次装载和两次装载的情况。当N=1时,t综合以上分析,多次采样条件下电流环回路中延时环节同样包含一拍滞后延时和PWM更新延时,总延时时间为T3多次采样控制稳定性分析以上分析表明,多次采样能有效减小数字控制延时,为了比较单次装载和多次采样条件下系统控制性能,下面分析系统临界稳定时K根据根轨迹分析可知,在一个开关周期内不同的采样和装载次数下,K通过以上分析可以看出,对于LCL滤波并网逆变器,不加额外阻尼的电流单环控制,与常规单次装载数字控制相比,采用多次采样能有效减小控制延时,使系统稳定,而且能获得较高控制带宽和稳定裕度。4网线电压有效值为了验证以上分析,搭建了5kW的三相LCL并网逆变器实验平台,其中电网线电压有效值为110V,电网频率为50Hz,开关频率为2kHz,直流侧电压为210V。其中LCL滤波器参数的选取综合考虑满足有功及无功控制、电流跟踪响应和谐波电流指标的要求图6为不同K多次采样条件下,不同K5多次采样条件下系统能效评估结果针对LCL滤波并网逆变器控制,研究了基于多次采样的电流单闭环控制方案。文中定量分析了常规单次装载和多次采样条件下的延时特性,分析结果表明多次采样能有效减小控制延时,增加系统稳定裕度,提高系统控制带宽。实验结果证明