CN218549507U - 一种滤波电容电压微分反馈有源阻尼控制*** - Google Patents

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牛晨晖
张宝君
张宇
周小兵
迟小锋
严祺慧
孙捷
肖华锋
李明明
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Abstract

本实用新型涉及一种滤波电容电压微分反馈有源阻尼控制***，涉及并网逆变器控制领域。该***包括：第一比例调节器、第二比例调节器、第三比例调节器、延迟模块、第一减法器模块和阻尼支路反馈系数模块；将测得的滤波电容电压连接第一比例调节器、第二比例调节器、第三比例调节器的输入端，第二比例调节器的输出端连接延迟模块输入端，延迟模块、第一比例调节器与第三比例调节器的输出端连接第一减法器模块的输入端，第一减法器模块的输出端连接阻尼支路反馈系数模块的输入端，阻尼支路反馈系数模块的输出端接入滤波器电流环主控制回路中。

Description

一种滤波电容电压微分反馈有源阻尼控制***
技术领域
本实用新型涉及并网逆变器控制领域，具体涉及一种滤波电容电压微分反馈有源阻尼控制***。
背景技术
在实现相同滤波效果的前提下，LCL滤波器相比单L滤波器具有体积小、成本低的优势，但易发生谐振导致并网***失稳。抑制LCL滤波器谐振常见方法可分为无源阻尼和有源阻尼两类，其中无源阻尼实现简单且不受开关频率限制，但增加了***损耗。
通过反馈LCL滤波器状态量实现有源阻尼，具有实现简单、控制灵活、鲁棒性强的优点。已有方法中，滤波电容电流比例反馈有源阻尼因算法简单得到了广泛应用，但是由于电容电流脉动大，实际应用中存在难以精确采样的缺点。理论推导可知对滤波电容电压微分反馈能够取得相同的阻尼效果，但已有的滤波电容电压微分反馈有源阻尼方法，是将滤波电容电压视为电网电压，采样滤波电容电压进行锁相、前馈、微分反馈，通过控制逆变器侧电感电流间接控制进网电流。虽然能够实现稳定控制，但会导致进网电流存在稳态误差，***动态特性欠佳。同时，对测得的滤波电容电压直接采用常规微分方法直接反馈，会将滤波电容漏电流等效比例反馈，造成LCL滤波器在基波处增益降低。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种滤波电容电压微分反馈有源阻尼控制***。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
一种滤波电容电压微分反馈有源阻尼控制***，包括：第一比例调节器、第二比例调节器、第三比例调节器、延迟模块、第一减法器模块和阻尼支路反馈系数模块；
将测得的滤波电容电压连接第一比例调节器、第二比例调节器、第三比例调节器的输入端，第二比例调节器的输出端连接延迟模块输入端，延迟模块、第一比例调节器与第三比例调节器的输出端连接第一减法器的输入端，第一减法器的输出端连接阻尼支路反馈系数模块的输入端，阻尼支路反馈系数模块的输出端接入滤波器电流环主控制回路中。
可选地，滤波电容电压，分别经过所述第一比例调节器、第二比例调节器与延迟模块、第三比例调节器，通过第一减法器相减，并经过反馈系数调节模块，负反馈到滤波器电流环主控制回路中。
可选地，所述的反馈系数调节模块与所述滤波器电流环主控制回路之间串接有SPWM模块。
另一方面，本实用新型的技术方案还包括上述的滤波电容电压微分反馈有源阻尼控制***在并网逆变器控制中的应用。
第一比例调节器、第二比例调节器与第三比例调节器在参数设计上充分考虑实际***中滤波电容漏电流的影响。依据电容电压、绝缘电阻电压及其对应微分量的矢量关系，设计第一比例调节器、第二比例调节器、第三比例调节器的参数，实现最终微分反馈滤波电容电压，可等效成比例反馈滤波电容电流，消除常规微分将滤波电容漏电流一同反馈，影响LCL滤波器低频段性能的问题。
所述第一比例调节器、第二比例调节器与延迟模块，在进行参数设计时充分考虑实际***中存在的数字控制延迟，确保阻尼效果不受控制延迟的影响；
所述阻尼反馈支路系数模块，在考虑实际***数字控制延迟的基础上，合理设计反馈系数，确保***取得最佳阻尼比，实现最优控制；
本实用新型的有益效果：
相对于现有技术，本实用新型在有效抑制LCL滤波器谐振的基础上，充分考虑滤波电容漏电流的影响，依据电容电流、漏电流及其对应微分量之间的矢量关系，设计第一比例调节器、第二比例调节器与第三比例调节器参数，可解决常规微分实现方法降低LCL滤波器低频段增益降低的问题；第一比例调节器、第二比例调节器与延迟模块在参数设计时充分考虑了实际***数字控制延迟的影响，并采取有效方法解决；依据最佳阻尼比设计阻尼支路反馈系数，确保***实现最优控制；直接应用于进网电流直接控制***中，可确保进网电流具有较高的控制精度以及较好的动态特性。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型的控制***的控制框图。
图2为LCL型并网逆变器功率电路以及控制回路连接示意图。
图3常规方法实现微分环节反馈滤波电容电压有源阻尼降低LCL滤波器对低频段谐波抑制能力示意图。
图4为***取得最佳阻尼比实现最优控制示意图。
图5为本实用新型阻尼效果示意图。
图6为本实用新型抑制谐振有效性示意图。
图7为采用本实用新型时，进网电流稳态波形。
图8为采用本实用新型时，进网电流动态波形。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的一些示例中，如图1所示，公开了一种滤波电容电压微分反馈有源阻尼方法，涉及由微分反馈滤波电容电压有源阻尼支路以及LCL滤波器电流环主控制回路组成的控制***。所述反馈滤波电容电压有源阻尼支路，包括第一比例调节器1、第二比例调节器2、第三比例调节器3、延迟模块4、第一减法器模块5和阻尼支路反馈系数模块6；所述LCL滤波器电流环主控制回路，包括第二减法器模块7、电流环控制器模块8、加法器模块9和第三减法器模块10。
基于上述一种微分反馈滤波电容电压有源阻尼方法，具体为：对于微分反馈滤波电容电压有源阻尼支路来说，检测到的滤波电容电压，分别通过第一比例调节器、第二比例调节器与第三比例调节器进行比例调整，其中第二比例调节器输出通过延迟模块进行延迟，第一比例调节器、第三比例调节器与延迟模块输出经过第一减法器模块进行运算，第一减法器输出经过阻尼支路调节系数进行调制，反馈到主控回路中；对于LCL滤波器电流环主控制回路来说，参考电流与进网电流通过第二减法器模块7相减，得到的电流偏差经过电流环控制器8，电流环控制器8的输出通过加法器模块9与前馈的电网电压相加，并通过第三减法器模块10与阻尼支路的输出相减，最终得到调制波。微分反馈滤波电容电压有源阻尼支路可以有效地实现有源阻尼，并取得最优阻尼效果，LCL滤波器电流环主控制回路与微分反馈滤波电容电压有源阻尼支路共同作用可控制进网电流稳定跟踪参考电流，逆变器稳定运行。
本实用新型的一些具体的实施例中，如图2所示，给出了LCL型并网逆变器功率电路以及控制回路连接示意图。可以看出，对进网电流采用直接控制，能够确保进网电流具有较好的控制精度以及动态特性；对滤波电容电压微分反馈，本质是求出滤波电容电流，然后进行比例反馈，但实际***中，滤波电容支路含有漏电流，如果采用常规微分实现方法，直接对测得的电容电压进行微分反馈，将会把漏电流一同反馈，降低LCL滤波器在低频段对谐波的抑制能力，如图3所示。采用本实用新型所提的微分方法实现策略，根据电容电压、绝缘电阻电压及其微分量矢量关系，并考虑数字控制延迟，设计第一比例调节器参数K1、第二比例调节参数K2、第三比例调节参数K3和延迟模块参数e-Δt，确保微分反馈电容电压，仅等效比例反馈滤波电容电流。同时设计阻尼支路反馈参数，确保在有效地抑制谐振同时，***取得最优阻尼比，如图4所示。
图5为加入本实用新型后***的伯德图，可以看出，本实用新型能够很好地抑制LCL谐振尖峰，且不影响LCL滤波器的低频、高频特性。图6为本实用新型有效性验证，可以看出，本实用新型投切后，电流谐振被迅速抑制，证明了本实用新型的有效性。图7为稳态电流波形，可以看出，将本实用新型应用于进网电流直接控制方案中，进网电流能够很好地与电网同步，具有较好的控制精度。图8为参考电流突变，进网电流动态波形，可以看出，采用本实用新型，***具有较好的动态特性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (4)

1.一种滤波电容电压微分反馈有源阻尼控制***，其特征在于，包括：第一比例调节器、第二比例调节器、第三比例调节器、延迟模块、第一减法器模块和阻尼支路反馈系数模块；
将测得的滤波电容电压连接第一比例调节器、第二比例调节器、第三比例调节器的输入端，第二比例调节器的输出端连接延迟模块输入端，延迟模块、第一比例调节器与第三比例调节器的输出端连接第一减法器模块的输入端，第一减法器模块的输出端连接阻尼支路反馈系数模块的输入端，阻尼支路反馈系数模块的输出端接入滤波器电流环主控制回路中。
2.根据权利要求1所述的滤波电容电压微分反馈有源阻尼控制***，其特征在于，滤波电容电压，分别经过所述第一比例调节器、第二比例调节器与延迟模块、第三比例调节器，通过第一减法器相减，并经过反馈系数调节模块，负反馈到滤波器电流环主控制回路中。
3.根据权利要求2所述的滤波电容电压微分反馈有源阻尼控制***，其特征在于，所述滤波器电流环主控制回路，包括第二减法器模块、电流环控制器模块、加法器模块和第三减法器模块；参考电流与进网电流通过第二减法器模块相减，得到的电流偏差经过电流环控制器，电流环控制器的输出通过加法器模块与前馈的电网电压相加，并通过第三减法器模块与阻尼支路的输出相减，得到调制波。
4.根据权利要求3所述的滤波电容电压微分反馈有源阻尼控制***，其特征在于，所述的反馈系数调节模块与所述滤波器电流环主控制回路之间串接有SPWM模块。
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