[发明专利]一种拓宽正阻尼区间的LCL型逆变器并网装置及方法

说明书

本发明公开了一种拓宽正阻尼区间的LCL型逆变器并网装置及方法。该装置包括三电平逆变器、LCL滤波器、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：确定数字控制引入的延时，得到有源阻尼等效虚拟阻抗的频率特性；分析电网阻抗波动引起有源阻尼策略失效的原因以及延时对正阻区间的影响；设计相位超前补偿环节并确定补偿系数；结合谐振尖峰阻尼效果和系统稳定性约束，确定有源阻尼控制参数和PR控制器主要参数。本发明具有硬件成本低、控制准确、适用范围广的特点，可以扩大谐振频率设计范围，使系统保持良好的谐振抑制能力并对电网阻抗波动具有强鲁棒性。

技术领域

本发明涉及分布式新能源并网技术领域，特别是一种拓宽正阻尼区间的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。相比无源阻尼法，有源阻尼法避免了功率损耗，而通过采样并网电流反馈实现有源阻尼可节约成本，直接控制并网电流。数字控制带来的延时问题对有源阻尼的影响不容忽视，当考虑数字控制延时时，等效虚拟阻抗随信号频率变化，存在临界频率点使有源阻尼方法失效，严重影响系统稳定性。随着大量分布式能源的接入，电网呈现出弱电网形式，电网阻抗发生波动，使系统谐振偏移，对逆变器并网装置的强稳定性和电能输送质量提出了挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拓宽正阻尼区间的LCL型逆变器并网装置及方法。可以扩展谐振频率设计区间，使系统对电网阻抗波动具有强稳定性、强鲁棒性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种拓宽正阻尼区间的LCL型逆变器并网装置，其特征在于，包括并网逆变器、LCL滤波器、数字处理控制模块和驱动电路，其中并网逆变器为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滤波器与电网公共耦合点处的三相电压信号、LCL滤波器网侧的三相并网电流信号，传送至闭环控制单元；

闭环控制单元根据采集信号，经Clarke变换将静止abc坐标系下的网侧电压、网侧电流变换至静止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TMS320F28377D与EPM1270T芯片。

一种拓宽正阻尼区间的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滤波器与电网公共耦合点处的电压信号u_a、u_b、u_c和网侧电流信号i_a、i_b、i_c，并由闭环控制单元经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2、确定数字控制引入的延时，得到有源阻尼等效虚拟阻抗的频率特性；

步骤3、考虑电网阻抗波动，分析其引起有源阻尼策略失效的原因；

步骤4、分析数字控制延时对正阻尼区间的影响，确定增加相位超前补偿环节可以拓展正阻尼区间；

步骤5、设计相位超前补偿环节并确定补偿系数，结合谐振尖峰阻尼效果和系统稳定性约束，确定有源阻尼控制参数和PR控制器主要参数；