LCL型并网逆变器的系统稳定性和并网电流质量改善-阮新

2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座1LCL型并网逆变器：系统稳定性和并网电流质量提高阮新波南京航空航天大学航空电源重点实验室2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座2报告内容1.研究背景2.LCL滤波器谐振尖峰的阻尼方法3.LCL型并网逆变器的闭环参数设计4.提高并网电流质量的电网电压全前馈方法5.数字控制LCL型并网逆变器6.减小数字控制延时的方法7.提高LCL型并网逆变器对电网阻抗鲁棒性的虚拟串并联阻抗方法8.结论2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座3报告内容1.研究背景2.LCL滤波器谐振尖峰的阻尼方法3.LCL型并网逆变器的闭环参数设计4.提高并网电流质量的电网电压全前馈方法5.数字控制LCL型并网逆变器6.减小数字控制延时的方法7.提高LCL型并网逆变器对电网阻抗鲁棒性的虚拟串并联阻抗方法8.结论2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座4环境污染能源危机可再生能源的应用WindTideSolar可再生无污染2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座5基于可再生能源发电的分布式发电系统Source:M.Liserre,etal.Stabilityofphotovoltaicandwindturbinegrid-connectedinvertersforalargesetofgridimpedancevalues.IEEETrans.onPE.,2006,21(1):888-895.2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座6报告内容1.研究背景2.LCL滤波器谐振尖峰的阻尼方法3.LCL型并网逆变器的闭环参数设计4.提高并网电流质量的电网电压全前馈方法5.数字控制LCL型并网逆变器6.减小数字控制延时的方法7.提高LCL型并网逆变器对电网阻抗鲁棒性的虚拟串并联阻抗方法8.结论2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座7并网逆变器•滤除逆变器输出电压中的开关谐波；•使注入电网的电流为正弦波。2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座8Magnitude(dB)500−50−100−150Phase(°)Frequency(Hz)101021031041050−90−180−270−360frL型滤波器LCL型滤波器1LLABisGsvssL2212121211LLCLABisGsLLvssLLCsLLCL型滤波器和LCL型滤波器谐振尖峰容易导致系统不稳定！2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座9阻尼谐振峰的方法2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座10500−50−100−150Frequency(Hz)101021031041050−90−180−270−360RL12=10ΩRL12=∞ΩRL12=1Ω500−50−100−150Frequency(Hz)101021031041050−90−180−270−360RL11=1ΩRL11=0ΩRL11=10ΩL1串联或并联阻尼电阻影响低频段影响高频段2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座11500−50−100−150Frequency(Hz)101021031041050−90−180−270−360RL22=10ΩRL22=∞ΩRL22=1Ω500−50−100−150Frequency(Hz)101021031041050−90−180−270−360RL21=1ΩRL21=0ΩRL21=10ΩL2串联或并联阻尼电阻影响低频段影响高频段2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座12500−50−100−150Frequency(Hz)101021031041050−90−180−270−360RC2=10ΩRC2=∞ΩRC2=1Ω500−50−100−150Frequency(Hz)101021031041050−90−180−270−360RC1=1ΩRC1=0ΩRC1=10ΩC串联或并联阻尼电阻影响高频段对高频和低频段无明显影响2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座13电容电流反馈有源阻尼方法–+1rC2rC2Hi1(s)1Ginv(s)sL11rC21sC2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座14基于电容电流反馈有源阻尼的并网电流闭环控制2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座15THD=5.7%并网电流滞后于电网电压；电网电压背景谐波导致并网电流畸变。实验结果2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座16LCL滤波器谐振尖峰的阻尼方法的结论与L滤波器相比，LCL滤波器具有更好的高频谐波抑制效果;LCL具有谐振尖峰，且在谐振频率处存在180的相位跳变，这容易导致系统不稳定。在滤波电感或滤波电容上串联或并联电阻均可以阻尼谐振尖峰。其中，在滤波电感（包含逆变器侧和网侧电感）上串联电阻会降低低频增益，导致直流电压利用率降低；在滤波电感上并联电阻和在滤波电容上串联电阻会消弱高频谐波抑制能力；在滤波电容上并联电阻可以有效阻尼谐振尖峰，且对低频增益和高频谐波的抑制影响较小。电容电流反馈有源阻尼相当于在滤波电容上并联一个虚拟电阻，不仅实现谐振尖峰的阻尼作用，且不存在实际电阻的损耗。2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座17报告内容1.研究背景2.LCL滤波器谐振尖峰的阻尼方法3.LCL型并网逆变器的闭环参数设计4.提高并网电流质量的电网电压全前馈方法5.数字控制LCL型并网逆变器6.减小数字控制延时的方法7.提高LCL型并网逆变器对电网阻抗鲁棒性的虚拟串并联阻抗方法8.结论2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座18并网电流表达式的推导(1)2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座19并网电流表达式的推导(2)+–vg(s)iL2(s)Hi2+–iref(s)Gx1(s)Gx2(s)2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座20并网电流表达式的推导(3)+–vg(s)iL2(s)Hi2+–iref(s)Gx1(s)Gx2(s)2221222111AxLrefgLLiAATsGsisisvsisisHTsTs12111invixinviGsGsGsLCsGsHCs211232121212()1()invixinviLCsGsHCsGsLLCsGsHLCsLLs212232121221iinvAxiixiinvHGsTsGsGsHLLCsGsLCssLLGHss注：Ginv(s)=Vin/Vtri，为调制波vM到逆变桥输出电压vinv的传递函数。2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座21−90090FrequencyfofLfc0Gi(j2f)(°)|Gi(j2f)|(dB)PIPR−270−180−90Frequencyfrfofc0电容电流反馈有源阻尼和电流调节器的频率特性Hi1增加谐振尖峰阻尼效果好。在fr之前，相位开始下降。Hi1增加2_32122121iinvAuncomipinvHGsTsLLCsGsLCsssHLL2_12iinvAuncompHGsTsLLsiipKGsKs2222riipioKsGsKss比例积分(PI)调节器：比例谐振(PR)调节器：补偿前的环路增益：电流调节器：@ffcipGsK@ffc2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座22截止频率处的环路增益−90090FrequencyfofLfc0Gi(j2f)(°)|Gi(j2f)|(dB)PIPR−270−180−90Frequencyfrfofc0Hi1增加谐振尖峰阻尼效果好。在fr之前，相位开始下降。Hi1增加2_12iinvAuncompHGsTsLLs补偿前的环路增益：电流调节器：@ffcipGsK@ffc截止频率处的环路增益：__()222AcompAuncccompicTTGjfjfjf11222cpiinvLLfKHG2122iinvcpHGKLLjf2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座23基波频率处并网电流表达式+–vg(s)iL2(s)Hi2+–iref(s)Gx1(s)Gx2(s)12111invixinviGsGsGsLCsGsHCs211232121212()1()invixinviLCsGsHCsGsLLCsGsHLCsLLs21211ALrefiATsisisHTs21AoTjf2121LrefiiiH2221222111AxLrefgLLiAATsGsisisvsisisHTsTs212232121212iinviAxxiinviHGsGsTsGsGsHLLCsGsHLCssLLs2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座24222=1xLgAGsisvsTs22222xoLgAoGjfivTjf(2)2iiopoKGjfKjf21AoTjf212giinviovHGGjf+–vg(s)iL2(s)Hi2+–iref(s)Gx1(s)Gx2(s)2221222111AxLrefgLLiAATsGsisisvsisisHTsTs12111invixinviGsGsGsLCsGsHCs211232121212()1()invixinviLCsGsHCsGsLLCsGsHLCsLLs212232121212iinviAxxiinviHGsGsTsGsGsHLLCsGsHLCssLLs2222oLgiinvijfivHGK基波频率处并网电流表达式2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座252121LrefiiiH2222oLgiinvijfivHGK并网电流的特点并网电流幅值误差EA：•当=90时，并网电流幅值误差最大。•为了保证并网电流幅值误差满足相关标准要求，应在=90时限制iL22的大小。22iLrefArefHIIEI222iLrefHII222refLAiIIEH2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座262121LrefiiiH2222oLgiinvijfivHGK并网电流的特点并网电流相位误差：•当=0时，并网电流相位误差最大。•为了保证并网电流相位误差满足相关标准要求，应在=0时限制iL22的大小。222tan=LirefIHI222tanrefLiIIH2015-11-06中国电源学会第21届学术年会技术讲座27222=1xLgAGsisvsTs22222xoLgAoGjfivTjf21AoTjf1212()2goAovjfLLTjf+–vg(s)iL2(s)Hi2+–iref(s)Gx1(s)Gx2(s)12111invixinviGsGsGsLCsGsHCs211232121212()1()invixinviLCsGsHCsGsLLCsGsHLCsLLs