LCL型并网逆变器的并网电流调节器和电容电流反馈有源阻尼设计

当今世界面临着资源枯竭与环境污染的严峻形势，在这种背景下基于可再生能源的分布式并网发电日益受到人们的重视。LCL型并网逆变器是分布式源与电网之间常用的接口装置。为保证系统稳定工作，LCL型并网逆变器常采用电容电流反馈有源阻尼实现对滤波器固有谐振尖峰的阻尼。本文研究电容电流反馈有源阻尼和并网电流调节器的特性及参数设计方法。 针对模拟控制的LCL型并网逆变器，本文分析并网电流调节器和电容电流反馈有源阻尼对系统频率特性的影响，并根据并网电流稳态误差、系统环路相位裕度和幅值裕度的要求，得到并网电流调节器参数和电容电流反馈系数的取值区域，从中选取出合适闭环控制参数。该方法可有效减少试凑过程，还利于分析系统性能和优化闭环控制参数。 针对数字控制的LCL型并网逆变器，本文揭示了数字控制引入的控制延时对电容电流反馈有源阻尼的影响，指出此时电容电流反馈有源阻尼不再等效为模拟控制时并联在滤波电容上的电阻，而是等效为一个随频率变化的阻抗。该等效阻抗在阻尼谐振尖峰的同时，会改变系统实际谐振峰的频率，且当该频率处等效阻抗中含有负电阻分量时，系统环路增益中存在2个右半平面极点。这改变了系统特性，增大了闭环控制参数设计难度。本文提出通过计算系统相位裕度、LCL滤波器谐振频率和1/6采样频率处幅值裕度来校验系统的稳定性，并将前面给出的闭环控制参数设计方法推广到数字控制中。 本文分析指出，采用数字控制时，如果LCL滤波器谐振频率高于1/6采样频率，则不加入电容电流反馈有源阻尼时也能使系统稳定工作，且系统相位裕度相对更大，但截止频率有所降低。 在实验室完成了一台6kW LCL型单相并网逆变器原理样机，并分别设计了模拟控制电路和数字控制电路。实验结果验证了上述理论分析的正确性和闭环控制参数设计方法的有效性。本文提出的闭环参数设计思路还可扩展到逆变器侧电感电流控制时系统特性分析和闭环控制参数设计，并同样适用于三相系统的闭环控制参数设计以及无源阻尼系统的参数设计。