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LCL型併網逆變器
鎖定
- 中文名
- LCL型併網逆變器
- 外文名
- LCL-basedgrid—connectedinverter
- 優 點
- 優越的高頻諧波抑制能力
- 問 題
- 存在着高頻諧振和穩定控制困難
- 控制方法一
- 電流控制
- 控制方法二
- 直接功率控制
- 控制方法三
- 模擬同步電機控制
LCL型併網逆變器介紹
目前,國內外對併網逆變器控制主要分三類:電流控制、直接功率控制和模擬同步電機控制。電流控制是對併網電流進行直接或間接控制,實現分佈式電源單位功率併網。直接功率控制,實現對分佈式電源瞬時有功和無功功率的直接控制,具有高功率因數、低電流總畸變率和算法簡單等優點。模擬同步電機控制是模擬同步發電機特性,通過控制算法使併網逆變器模擬同步發電機運行方式運行,具備自平衡能力、下垂特性和大轉動慣量等特性
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LCL型併網逆變器數學模型
三相LCL型逆變器經過Clark變換進行功率解耦之後,可以等效成兩個單相LCL型逆變器進行研究。根據式(1)將電網電壓us當成擾動輸入,可以得到併網輸出電流is和併網逆變器輸出電壓Vo之間的傳遞函數為:
LCL型併網逆變器控制方法
電流控制策略
LCL型併網逆變器的電流控制策略可分逆變器側電感電流控制的間接電流控制策略、直接電流控制策略和兩者混合控制的策略。而針對併網逆變器LCL濾波器的高頻諧振問題,常採用無源阻尼控制和有源阻尼控制兩種方法抑制。
無源阻尼控制有濾波器電感或電容支路串聯或並聯電阻四種,它實現簡單,不需要額外的控制環節,但是會額外增加系統的功率損耗。有源阻尼控制主要包括虛擬電阻法、在前向通道中添加陷波濾波器、分裂電容法、零極點配置法以及電容電流補償法等。有源阻尼法的優點是在不增加系統損耗、不影響濾波器對高頻諧波的抑制能力下,通過控制算法有效抑制諧振尖峯。
圖2中,ZL1、Zcf和ZL2分別為sL1、1/Cf和sL2;Ginv(s)為逆變橋傳遞函數。該控制系統中,輸出量I2(s)與參考量I1*(s)的傳遞函數為:
(2)直接電流控制
上述間接電流控制策略,能夠實現系統穩定,但沒有對併網電流進行反饋控制,使得網側電感和濾波電容之間可能發生諧振,導致併網電流發生畸變,諧波抑制能力較差。直接電流控制,以併網電流作為控制量,典型的有源阻尼直接電流控制有逆變器側電感電流反饋和濾波電容電流反饋,以後者最為常用。典型的電容電流和併網電流雙閉環控制模型如圖3所示。
圖3中,Hi1(s)和Hi2(s)為電流反饋係數和併網電流反饋係數,Gi1(s)和Gi2(s)分別為電流內環和併網電流外環調節器的傳遞函數。圖4框圖進行調整,可以得出關於如的傳遞函數為:
從上式可以看出,只有在T無窮大時,才能完全消除ug的影響,實現iL2跟蹤參考電流iref。實際上,為了保證系統穩定性,T不可能取無窮大。為此,引入電網電壓前饋策略,消除ug對iL2的影響。若ug滿足條件,則可以實現完全消除ug對併網電流的影響。為了實現前饋控制,進行調整簡化等效處理,可以得到圖4的控制框圖。可以看出,內環反饋網側電感電壓微分量sCfHi1uL2,前饋分量對應ug的二次微分量。
直接功率控制策略
直接功率控制具有優良的動態性能以及系統結構簡單等優點,受到國內外學者的重視。傳統直接功率控制採用不定頻開關矢量表查詢方法,開關矢量表是核心,對控制效果的影響最為明顯、動態性能良好,然而存在開關頻率不恆定、功率耦合和波動大的問題。針對LCL併網逆變器的直接功率控制方法,使用有源功率阻尼控制方法並結合虛擬磁鏈技術,省去了電壓互感器,其直接功率控制結構如圖5所示。
LCL型併網逆變器直接功率控制主要包括三個環節:
(1)虛擬磁鏈計算;
(2)有源功率阻尼控制;
(3)諧波注入環節。
模擬同步電機控制策略
模擬同步發電機控制方法,採用模擬同步發電機模型的控制策略使得分佈式電源對電網體現同步發電機的特性,且逆變器具有調頻調壓調功能力。有功功率和無功功率由虛擬同步發電機分配,兩者並聯運行,採用頻率和電壓下垂機械特性,模擬同步發電機運行。基於模擬同步發電機控制的LCL型併網逆變器控制結構如圖8所示
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為使得逆變系統類似大電網同步機的優良特性,可以採用下垂特性的功率控制,提高有功和無功的響應速度,以增大系統慣量。
(1)頻率下垂和有功功率的調整
對於同步發電機,原動機約束轉子旋轉速度,阻尼係數Dp與機械摩擦等因素密切相關。頻率下垂控制環是使同步發電機均勻分擔負載的一種重要方法。根據電網頻率改變輸出的功率分配,阻尼係數Dp表現為頻率下垂係數,定義為轉矩差值與角速度差值之比。
圖8上半部分所示為有功功率的控制環。穩態時,角速度差為零,系統運行在功率設定值,頻率發生改變時,則頻率下垂機制使得系統可以自動調頻,分擔負載有功。
(2)電壓下垂和無功功率的調整
對無功功率的調整,把無功功率的變化量與電壓變化量的比值定義為電壓下垂係數,與同步發電機的無功調節特性相似,即: