LCL型并网逆变器的控制技术

前言

第1章绪论

1.1能源现状和环境问题

1.2基于可再生能源的分布式发电系统

1.2.1基于可再生能源的分布式发电系统的优点

1.2.2基于可再生能源的分布式发电系统结构

1.2.3并网逆变器

1.3LCL型并网逆变器的关键技术

1.3.1LCL滤波器设计及其磁集成方法

1.3.2LCL滤波器谐振尖峰的阻尼方法

1.3.3并网逆变器闭环参数设计

1.3.4控制延时影响及其减小方法

1.3.5电网电压引起的并网电流谐波抑制方法

1.3.6电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响及其改善方法

1.4本章小结

第2章LCL滤波器设计

2.1单相全桥并网逆变器的PWM控制

2.1.1双性SPWM控制

2.1.2单极倍频SPWM控制

2.2三相全桥并网逆变器的PWM控制

2.2.1SPWM控制

2.2.2谐波注人SPPM控制

2.3LCL滤波器设计

2.3.1逆变器侧电感的设计

2.3.2滤波电容的设计

2.3.3网侧电感的设计

2.4LCL滤波器的设计实例

2.4.1单相LCL滤波器

2.4.2三相LCL滤波器

2.5本章小结

第3章LCL滤波器的磁集成方法

3.1LCL滤波器的磁集成方法

3.1.1单相LCL滤波器的磁集成

3.1.2三相LCL滤波器的磁集成

3.2磁集成对LCL滤波器滤波特性的影响

3.2.1集成电感的等效磁路模型

3.2.2采用耦合电感的LCL滤波器的滤波特性

3.3设计实例

3.3.1单相LCL滤波器的磁集成设计

3.3.2三相LCL滤波器的磁集成设计

3.4实验验证

3.5本章小结

第4章LCL滤波器谐振尖峰的阻尼方法

4.1LCL滤波器谐振尖峰的危害

4.2无源阻尼方法

4.2.1基本的无源阻尼方法

4.2.2改进的无源阻尼方法

4.3有源阻尼方法

4.3.1基于状态变量反馈的有源阻尼方法

4.3.2基于陷波器的有源阻尼方法

4.4本章小结

第5章LCL型并网逆变器的电容电流反馈有源阻尼和并网电流调节器设计

5.1LCL型并网逆变器的数学模型

5.2电容电流反馈有源阻尼和PI调节器的频率特性

5.3闭环数的约束条件

5.3.1稳态误差要求

5.3.2稳态误差和稳定裕度对闭环参数的约束

5.3.3PWM对闭环参数的约束

5.4电容电流反馈系数和PI调节器麵的设计步骤

5.5设计方法的扩展

5.5.1采用PI调节器加电网电压前馈

5.5.2采用PR调节器

5.6设计实例

5.6.1采用PI调节器的设计结果

5.6.2采用PR调节器的设计结果

5.7实验验证

5.8本章小结

第6章单相LCL型并网逆变器电网电压全前馈策略

6.1电网电压对并网电流的影响

6.2单相LCL型并网逆变器电网电压全前馈策略

6.2.1电网电压全前馈函数的推导

6.2.2全前馈函数各项作用

6.2.3电网电压全前馈策略对主电路参数偏差的适应性分析

6.3实验验证

6.4本章小结

第7章三相LCL型并网逆变器电网电压全前馈策略

7.1三相LCL型并网逆变器的数学模型

7.1.1静止坐标系下三相LCL型并网逆变器数学模型

7.1.2办同步旋转坐标系下三相LCL型并网逆变器数学模型

7.2电网电压全前馈策略的推导

7.2.1a静止坐标系下电网电压全前馈策略

7.2.2办同步旋转坐标系下电网电压全前馈策略

7.2.3混合坐标系下电网电压全前馈策略

7.3电网电压全前馈函数讨论

7.3.1三相LCL型并网逆变器电网电压全前馈函数各项作用

7.3.2三相LCL型并网逆变器滤波器参数变化对全前馈效果影响分析

7.3.3三相L型和LCL型并网逆变器电网电压全前馈函数相互关系

7.4实验验证

7.5本章小结

第8章数字控制LCL型并网逆变器的电容电流反馈有源阻尼及并网电流调节器的设计

8.1控制延时产生的机理

8.2存在控制延时的电容电流反馈有源阻尼及环路增益特性

8.2.1电容电流反馈有源阻尼的等效阻抗

8.2.2系统环路增益的离散域表达式

8.2.3系统环路增益的右半平面极点

8.3数字控制时系统稳定性约束条件

8.3.1Nyquist稳定判据

8.3.2系统稳定性约束条件

8.4数字控制时LCL滤波器与电流调节器和电容电流反馈有源阻尼的设计

8.4.1LCL滤波器谐振频率选取的禁止区域

8.4.2稳态误差和稳定裕度对闭环参数的约束

8.4.3LCL滤波器参数、PR调节器和电容电流反馈系数设计

8.5无阻尼时数字控制LCL型并网逆变器的并网电流环设计

8.5.1无阻尼时并网电流环控制下系统稳定的必要条件

8.5.2无阻尼时并网电流环参数设计及系统性能分析

8.6设计实例

8.6.1有电容电流反馈有源阻尼的闭环参数设计实例

8.6.2无阻尼时并网电流环闭环参数设计实例

8.7实验验证

8.7.1有电容电流反馈有源阻尼的实验验证

8.7.2无阻尼时并网电流控制的实验验证

8.8三种控制方式下设计系统性能比较

8.9本章小结

第9章减小计算延时以提高LCL型并网逆变器稳定性和控制性能的策略

9.1控制延时对LCL型并网逆变器的影响

9.1.1数字控制LCL型并网逆变器的数学模型

9.1.2减小计算延时对电容电流反馈有源阻尼特性的改善

9.1.3减小计算延时对系统控制性能的改善

9.2即时采样方法

9.2.1电容电流即时采样引人的混叠

9.2.2设计实例

9.2.3实验验证

9.3双采样模式实时运算方法

9.3.1双采样模式实时运算方法

9.3.2设计实例

9.3.3实验验证

9.4本章小结

第10章提高LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的输出阻抗校正方法

10.1基于阻抗的并网逆变器稳定性判据推导

10.2并网逆变器的输出阻抗模型

10.3输出阻抗与谐波抑制能力和鲁棒性

10.4基于虚拟阻抗的输出阻抗校正方法

10.4.1并联阻抗校正

10.4.2串并联阻抗综合校正

10.4.3参数设计和敏感性分析

10.5实验验证

10.5.1原理样机设计

10.5.2实验结果

10.6本章小结

第11章弱电网下三相LCL型并网逆变器的电网电压加权前馈策略

11.1基于阻抗的三相并网逆变器稳定性判据推导

11.2弱电网下并网逆变器稳定性分析

11.2.1并网逆变器输出阻抗推导

11.2.2弱电网下并网逆变器稳定性判断

11.3并网逆变器输出阻抗特性分析

11.3.1无电网电压前馈控制的逆变器输出阻抗特性

11.3.2电网电压全前馈控制对逆变器输出阻抗影响分析

11.4电网电压加权前馈策略

11.4.1电网电压加权前馈策略的提出

11.4.2电网电压加权前馈策略的实现方式

11.4.3电网电压加权前馈的权值设计

11.5实验验证

11.5.1稳定性测试

11.5.2谐波抑制能力测试

11.6本章小结

第12章基于前置滤波器的同步旋转坐标系锁相技术

12.1引言

12.2SRF-PLL工作原理简介

12.3基于前置滤波器的SRF-PLL

12.3.1复矢量滤波器分析法

12.3.2基于复矢量滤波器的前置滤波器推导

12.4通用二阶复矢量滤波器

12.5三阶复矢量滤波器

12.6仿真及实验验证

12.6.1仿真验证

12.6.2实验验证

12.7本章小结

参考文献

作为可再生能源发电单元与电网之间的能量变换接口，LCL型并网逆变器用来将直流电能转化为高质量的交流电能并馈入电网。《LCL型并网逆变器的控制技术》系统阐述LCL型并网逆变器的控制技术。介绍LCL滤波器的设计、磁集成及谐振尖峰阻尼方法。针对采用电容电流反馈有源阻尼的LCL型并网逆变器，提出电容电流反馈系数和并网电流调节器参数的设计方法，并提出抑制电网电压对并网电流影响的电网电压全前馈策略。针对数字控制LCL型并网逆变器，揭示控制延时对电容电流反馈有源阻尼和系统稳定性的影响，并提出闭环参数设计方法。提出即时采样方法和双采样模式实时运算方法，可减小甚至消除计算延时，进一步提高控制系统的稳定性和鲁棒性。提出虚拟串并联阻抗方法和电网电压加权前馈方法，有效提高弱电网下LCL型并网逆变器对电网阻抗变化的适应能力。介绍基于前置滤波器的锁相环的工作原理，采用复矢量滤波器方法揭示各种前置滤波器的相互关系，并提出动态性能更快的通用二阶复矢量前置滤波器和谐波抑制能力更好的三阶复矢量前置滤波器。