基于LCL滤波器连接的三相并网逆变器的解耦滞环电流控制技术研究

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目前,由于化石能源日益枯竭,可再生能源发电系统的研究和开发已经成为当务之急。其中,将可再生能源转化为电能注入电网是一种重要而有效的方式。并网逆变器是可再生能源并网发电系统的重要组成部分,其性能的优劣直接影响到注入电能的质量以及可再生能源的发展前景。在基于LCL滤波器的三相三线制并网逆变器中,非线性边界控制技术能够提供更好的动态特性并且消除谐振的影响。然而,控制准则中电容电压开关周期信息的采样容易出现畸变,从而导致控制出现偏差。再者,将非线性边界控制技术直接用于三相三线逆变器时,由于三相电路变量相互之间的耦合,控制效果会变得更差。本文提出了一种将解耦预测电容电流控制器和线性电网电流控制器相结合的混合电流型解耦控制方案,应用于带LCL滤波器的三相三线并网逆变器中。具体内容如下:文章首先对60°DPWM的原理做详细介绍。在此基础上,结合三相两电平并网逆变器在abc静止坐标系下的状态空间方程,推导出虚拟双BUCK电路结构,用于三相电量的解耦。其次,建立两组独立的开关判据,用于确定两个半桥臂的开关状态。基于对三相并网逆变器的混合电流解耦控制策略的研究,建立了混合双闭环控制系统的交流小信号模型,从理论上分析通过控制电容电流实现谐振抑制的可行性。同时,通过设计PID补偿器的参数,达到了提高系统控制带宽以及稳定性的目的,满足系统对于鲁棒性的要求。为了验证上述理论分析的正确性,本文利用PSIM仿真软件搭建了一个10k W的逆变器仿真平台。在仿真中,对比了系统在解耦和非解耦条件下、平衡与不平衡条件下以及电网侧电感变化等背景下的响应特性。最后,在实验室制作了一台1.5k W的实验样机,并进行了各种工况的测试,包括解耦控制与非解耦控制的实验对比;系统的启动性能、瞬态性能以及稳态性能;同时在电网电压平衡和不平衡条件下,以及不同电网条件下,对所提混合电流解耦控制算法的可行性与优越性进行了验证。实验结果与理论分析和仿真结果相吻合。仿真和实验结果充分验证了基于三相并网逆变器的混合电流解耦控制策略的优越性以及可靠性。
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