LCL型并网逆变器中重复控制方法研究_王斯然

LCL型并网逆变器

第30卷第27期中国电机工程学报V ol.30 No.27 Sep.25, 2010

2010年9月25日Proceedings of the CSEE ©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 69 文章编号:0258-8013 (2010) 27-0069-07 中图分类号:TM 46 文献标志码:A 学科分类号:470⋅40

LCL型并网逆变器中重复控制方法研究

王斯然,吕征宇

(电力电子技术国家专业实验室(浙江大学),浙江省杭州市 310027)

Research on Repetitive Control Method Applied to

Grid-connected Inverter With LCL Filter

WANG Siran, LÜ Zhengyu

(State Key Laboratory of Power Electronics (Zhejiang University), Hangzhou 310027, Zhejiang Povince, China)

ABSTRACT: This paper discussed the limitation of the traditional control method for grid-connected inverters with an LCL filter. On this basis, the feasibility analysis on the application of the repetitive control method was carried out. Stability criterions, compensation methods, and the harmonic suppression ability were respectively analyzed in detail. Two different structures of the compound control method with both PI control and repetitive control were compared, and the advantages and disadvantages were concluded. All the theoretical analyses presented in the paper were verified by experimental results on a 3.7kV A prototype of grid-connected inverters with an LCL filter.

KEY WORDS: grid-connected inverter; LCL filter; repetitive control; harmonic suppression; distributed generation

摘要:讨论传统控制方法在LCL型并网逆变器中的局限性,在此基础上对在LCL型并网逆变器中引入重复控制方法的可行性进行研究,分别在控制系统稳定性条件、补偿函数设计方法以及控制系统谐波抑制特性等方面做较为详细的理论分析和推导计算。总结并对比两种不同结构的重复控制与PI控制相结合的复合控制方法的优缺点。最后通过一台3.7kV A的LCL型并网逆变器样机在电网电压存在一定畸变的条件下进行实验,对所做的理论分析进行验证。

关键词:并网逆变器;LCL滤波器;重复控制;谐波抑制;分布式发电

0 引言

分布式发电供能不仅能够提高传统能源的利

基金项目:台达环境与教育基金会《电力电子科教发展计划》项目(DREK2008001)。

Grants from the Power Electronics Science and Education Development Program of the Delta Environmental and Educational Foundation(DREK2008001).用率,还能够充分地利用各种可再生能源,如太阳能、小型风能等。因此,在传统能源极度短缺和环境污染问题严峻的现代社会,分布式发电技术的发展无疑会带来巨大的经济和社会效益[1-5]。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中也明确提出,要大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”以及“间歇式电源并网及输配技术”[6],这说明开展分布式发电的相关技术研究也是符合国家的发展规划的。

作为分布式发电系统中的核心组成部分之一,并网逆变器直接决定着进网电流的质量。进网电流中如果含有过多的谐波分量,就会对电网以及用电设备造成严重的危害。在并网逆变器中,采用适当的输出滤波器是抑制进网电流中谐波含量最基本的方法。按照滤波器结构来分类,目前常用的并网逆变器主要有L型和LCL型两种[7]。L型并网逆变器结构简单,控制方法较为成熟。但为了获得在开关频率处足够大的衰减幅度,滤波电感非常大,这使得系统的体积庞大、成本高昂。LCL型并网逆变器具有在高频段快速衰减的特性,可以以较小的硬件体积获得足够小的开关频率谐波。但是由于LCL 滤波器的特性比较复杂,针对LCL型并网逆变器的控制方法仍不很成熟。传统的基于电网电压定向的PI控制无法获得令人满意的效果。尤其在以能量回馈为主的应用场合[8],并网逆变器往往连接在变压器的二次侧,而非直接与公用电网相连接。如果现场非线性用电设备较多,则局部电网电压中也会存在较多的谐波成分。电网电压中的谐波分量会对逆变器的输出电流产生非常大的影响[9-12]。因此,能与并网逆变器硬件相适应的高性能控制方法非常

DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2010.27.012

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