[发明专利]一种基于有源阻尼的LCL滤波器谐振抑制装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于有源阻尼的LCL滤波器谐振抑制装置及方法。该装置包括三电平逆变器、数字处理控制模块和驱动电路，其中数字处理控制模块包括采样单元、闭环控制单元、有源阻尼单元和正弦脉宽调制单元。方法为：选取LCL滤波器电容容值、网侧电感和逆变器侧电感感值；计算有源阻尼反馈通道的传递函数；通过奈奎斯特稳定性分析和谐振抑制条件，确定有源阻尼反馈系数和PR控制器比例参数的可行范围；在所确定的可行范围域中选取合适的PR控制器参数和有源阻尼系数，使控制系统获得较大的带宽以及良好的动态性能。本发明具有硬件成本低、控制准确、适用范围广的特点，可以有效抑制LCL滤波器谐振频率的谐波分量，并降低入网电流的畸变率。

技术领域

本发明属于电力电子变换技术领域，特别是一种基于有源阻尼的LCL滤波器谐振抑制装置及方法。

背景技术

LCL滤波器由于其结构简单，高频滤波性能好，输出谐波含量少等优点，在新能源分布式并网发电场合得到了广泛的应用。但由于LCL滤波器的固有特性，LCL滤波器的谐振特性会大大降低输出侧的电能质量。目前对于LCL滤波器谐振频率的问题，主要有两种解决方法：(1)采用外加硬件阻尼电路抑制LCL谐振；(2)采用软件控制方法抑制LCL谐振。由于第一种方法会增加硬件成本，故一般使用后一种方法。在理想电网条件下，现有的有源阻尼控制方法相对成熟，如基于陷波器的有源阻尼控制方法、基于滤波电容电流反馈的有源阻尼控制方法、基于多状态量混合反馈的有源阻尼控制方法等。然而在实际情况中，电网并不是理想的基波电网，电网中会存在低频谐波，在非理想电网条件下，需要多个PR控制器并联控制，这需要系统具有足够的开环带宽，这给有源阻尼的LCL滤波器谐振抑制控制带来了困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于非理想电网条件下基于有源阻尼的LCL滤波器谐振抑制装置及方法，以在非理想电网条件下实现LCL滤波器的谐振抑制。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于有源阻尼的LCL滤波器谐振抑制装置，包括三电平逆变器、数字处理控制模块和驱动电路，其中三电平逆变器为LCL型NPC三电平逆变器，数字处理控制模块包括采样单元、闭环控制单元、有源阻尼单元和正弦脉宽调制单元；

采样单元分别采集LCL滤波器网侧的三相电压信号、LCL滤波器网侧的三相电流信号，传送至闭环控制单元；

闭环控制单元根据采集到的信号，经Clarke变换将静止abc坐标系下的网侧电压、网侧电流变换到静止αβ坐标系下；将αβ坐标系下网侧电流的α、β轴分量i_α、i_β输入有源阻尼单元；

闭环控制单元和有源阻尼单元得到的调制波信号相加，送至正弦脉宽调制单元，正弦脉宽调制单元的输出端经过驱动电路接入三电平逆变器每相桥臂的各个开关管。

进一步地，所述数字处理控制模块为TMS320F28335与EPM1270T芯片。

一种基于有源阻尼的LCL滤波器谐振抑制方法，包括以下步骤：

步骤1、在每个开关周期内，数字控制模块的采样单元分别采集LCL滤波器的网侧电压信号e_a、e_b、e_c和网侧电流信号i_a、i_b、i_c；

步骤2、闭环控制单元根据步骤1中采集到的信号，经Clarke变换将静止abc坐标系下的网侧电压、网侧电流变换到静止αβ坐标系下；

步骤3、计算z域下有源阻尼环节的传递函数；

步骤4、利用步骤3所得的有源阻尼环节，计算加入有源阻尼环及PR控制器后系统的开环传递函数，结合LCL滤波器谐振频率谐波抑制条件，对系统进行稳定性分析；