[发明专利]一种适应弱电网的LCL型逆变器并网装置及方法

说明书

本发明公开了一种适应弱电网的LCL型逆变器并网装置及方法。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；通过劳斯稳定性判据，并结合谐振抑制条件，幅值裕度约束条件以及相位裕度约束条件，确定PR控制器比例参数和有源阻尼反馈系数的最优组合，使并网逆变器在弱电网阻抗变化范围内能够稳定运行且具有较大的系统带宽，动态性能良好。本发明具有硬件成本低、控制准确、适用范围广的特点，可以在弱电网条件下稳定运行，并有效抑制LCL滤波器谐振频率的谐波分量，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，特别是一种适应弱电网的LCL型逆变器并网装置及方法。

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，电网中会存在弱电网阻抗，在弱电网条件下，弱电网电感的存在会影响控制系统的稳定性，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应弱电网的LCL型逆变器并网装置及方法，以在弱电网条件下实现LCL滤波器的谐振抑制。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种适应弱电网的LCL型逆变器并网装置，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做差，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TMS320F28377D与EPM1270T芯片。

一种适应弱电网的LCL型逆变器并网控制方法，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u_a、u_b、u_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s域下加入有源阻尼环及PR控制器后系统的闭环传递函数，利用劳斯判据对系统进行稳定性分析；

步骤4、对LCL滤波器谐振频率谐波抑制条件进行分析；

步骤5、对系统需要满足的幅值裕量要求进行分析；

步骤6、对系统需要满足的相位裕量要求进行分析；