并网逆变器的分裂电容无源阻尼设计与控制.pdfVIP

第 ３７卷 第 ３期 河 南 科 技 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ） Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．３ ２０１６年　 ６月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ） Ｊｕｎ． ２０１６ 文章编号：１６７２－６８７１（２０１６）０３－００５３－０５　 ＤＯＩ：１０．１５９２６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１６７２－６８７１．２０１６．０３．０１２ 并网逆变器的分裂电容无源阻尼设计与控制 刘　莹，于仲安，邹　浩 （江西理工大学 电气工程与自动化学院，江西 赣州 ３４１０００） 摘要：针对电感电容电感（ｌｏｏｐｃａｐａｃｉｔｏｒｌｏｏｐ，ＬＣＬ）滤波的三相并网逆变器控制存在的谐振问题，结合分裂电 容和无源阻尼两种方法，提出了分裂电容无源阻尼方案以及参数设计方法。首先，比较分析了分裂电容无源 阻尼方案和完全电容阻尼方案之间的能量损耗与分裂电容容值比的关系；其次，分析了不同频率下能量损耗 与分裂电容容值比的关系，使分裂电容容值比参数得到了进一步的优化。通过建立的 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿 真模型验证了该参数设计能够更有效地抑制谐振问题，降低并网电流总谐波畸变率和能量损耗，提高了系统 的稳定性和动态性。 关键词：三相并网逆变器；ＬＣＬ滤波器；分裂电容；无源阻尼 中图分类号：ＴＭ４６４ 文献标志码：Ａ ０　引言 三相并网逆变器中，开关器件是电网最主要的谐波污染源。为了减少谐波污染，文献［１］在逆变器 和电网之间加入电感电容电感（ｌｏｏｐｃａｐａｃｉｔｏｒｌｏｏｐ，ＬＣＬ）滤波器。ＬＣＬ滤波器与传统的 Ｌ型滤波器相 比，具有电流动态性能高、电感材料少和装置体积小等优点。但是 ＬＣＬ滤波器自身存在一个零阻抗谐 振点，导致系统稳定性差，所以必须采取有效措施抑制谐振来保证系统的稳定性［２－３］。对此，主要提出 了两种解决方法：有源阻尼法和无源阻尼法［４－５］。有源阻尼法主要是通过增加传感器的数量和算法复 杂度来抑制谐振，算法设计比较繁杂。而传统的无源阻尼法是在电容支路上串联无源电阻，方法简单可 靠，系统稳定性好，但是系统的功率损耗较大。文献［６］提出了分裂电容法，此方法可以将控制系统由 三阶系统降为一阶系统，保证系统的稳态和动态性能。文献［７］提出了分裂电容无源阻尼控制，将电容 分裂成相等的两部分，在电网附近电容上串联小电阻，以降低系统损耗，并抑制 ＬＣＬ谐振现象。但是文 献［７］的方法在滤除并网电流谐波含量方面没有取得很好的效果，却使分裂电容阻尼方案下的网侧电 流总谐波畸变率（ｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ，ＴＨＤ）有所增加，并且这个方案设计不够全面，没有分析系统 损耗与分裂电容容值比的关系。 本文提出了较为全面的分裂电容无源阻尼方案设计方法。从多个角度分析系统损耗与分裂电容容 值比的关系，并在此基础上选择最优的分裂电容容值比。最后，在 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ上建立分裂电容 ＬＣＬ滤波的三相逆变仿真模型，验证了该设计方案的正确性和有效性。 １　ＬＣＬ滤波器的数学模型 ［８］ 图１为带 ＬＣＬ滤波器的三相并网逆变器的主电路拓扑结构 。图 １中：ＬＣＬ滤波器由网侧电感 Ｌ、逆变器侧电感 Ｌ和滤波电容 Ｃ组成；ｉ为逆变器输出相电流；ｉ为网侧输入相电流；ｕ为电网相电 ｓ ｉ ｆ ｉ ｓ ｓ 压；ｕ为直流母线电压；Ｃ为直流母线侧电容；ｕ 为滤波电容电压；ｉ为滤波电容电流；Ｓ～Ｓ为逆变 ｄｃ ｄｃ Ｃ Ｃ １ ６ 器开关管。 基金项目：国家自然科学基金项目 作者简介：刘莹（１９９１－），女，江西吉安人，硕士生；于仲安（１９７３－），男，甘肃临洮人，副教授，硕士，硕士生导师，研究方向为计算机 控制技术． 收稿日期：２０１５－１１－２１ ·５４·