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LCL型并网逆变器有源阻尼控制策略研究

LCL型并网逆变器有源阻尼控制策略研究

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作者：谢翠哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

并网逆变器是分布式电源和电网之间能量转换的桥梁，对提高分布式电源并网电能质量，保证系统安全、稳定、经济运行具有重要作用。LCL型滤波器作为并网逆变器和电网之间的接口滤波器，能够更有效地衰减高次开关谐波并降低成本，但其固... 详细信息

并网逆变器是分布式电源和电网之间能量转换的桥梁，对提高分布式电源并网电能质量，保证系统安全、稳定、经济运行具有重要作用。LCL型滤波器作为并网逆变器和电网之间的接口滤波器，能够更有效地衰减高次开关谐波并降低成本，但其固有的谐振峰可能引发并网系统的谐振。尤其是在电网强度较弱的情况下，电网阻抗和逆变器输出阻抗之间的动态交互作用可能引发并网电流谐波的放大，甚至导致系统失稳。本文以三相LCL型并网逆变器为研究对象，对基于有源阻尼的谐振抑制控制策略进行了研究，以实现并网逆变器在电网阻抗变化下的可靠稳定运行。本文的主要研究内容包括：　　首先，建立了数字控制下三相LCL型并网逆变器的数学模型，分析了LCL型滤波器的输出特性，并通过阻抗分析法建立了并网逆变器系统的阻抗模型。在此基础上，基于频域无源理论确定了并网逆变器稳定运行的无源性条件，并设计了LCL型滤波器和电流控制器的参数。　　其次，针对数字控制下并网逆变器在弱电网下存在的谐波振荡不稳定问题，提出了一种电容电流比例积分微分（Proportional-Integral-Derivative，PID）反馈有源阻尼方法。通过在有源阻尼控制器的反馈回路中增加积分项和微分项，提高了系统阻尼并增强系统稳定性。同时，基于无源理论设计了电容电流PID反馈系数，并分析了满足稳定裕度要求的反馈系数的可行域，以确保在电网阻抗变化和滤波器参数波动±15%时，逆变器的输出阻抗在Nyquist频率范围内满足无源性要求。仿真结果表明，所提方法可在电网阻抗变化和滤波器参数波动情况下，显著提升系统的稳定性和鲁棒性。　　最后，针对数字控制延时会影响电容电流反馈有源阻尼特性的问题，提出了一种基于改进延时补偿的电容电流比例微分（Proportional-Derivative，PD）反馈有源阻尼方法。通过在传统一阶滤波器延时补偿方法的基础上，引入了额外的补偿面积，提高了延时补偿系数和相位补偿效果。同时，分析了延时补偿系数与电容电流反馈有源阻尼方法之间的关系，并设计了基于改进延时补偿的电容电流PD反馈有源阻尼方法及其相应的反馈系数，实现了逆变器输出阻抗在滤波器参数波动±15%内的无源特性。仿真结果表明，所提方法能够确保系统在电网阻抗变化和滤波器参数波动情况下的稳定运行，并在电流参考值阶跃工况下具有快速的动态响应。

关键词： LCL型并网逆变器无源理论有源阻尼电容电流PID反馈延时补偿控制

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