[发明专利]一种基于有源阻尼的LCL滤波器谐振抑制装置及方法

权利要求书

1.一种基于有源阻尼的LCL滤波器谐振抑制方法，其特征在于，所采用的装置包括三电平逆变器、数字处理控制模块和驱动电路，其中三电平逆变器为LCL型NPC三电平逆变器，数字处理控制模块包括采样单元、闭环控制单元、有源阻尼单元和正弦脉宽调制单元；

方法包括以下步骤：

步骤1、在每个开关周期内，数字控制模块的采样单元分别采集LCL滤波器的网侧电压信号e_a、e_b、e_c和网侧电流信号i_a、i_b、i_c；

步骤2、闭环控制单元根据步骤1中采集到的信号，经Clarke变换将静止abc坐标系下的网侧电压、网侧电流变换到静止αβ坐标系下；

步骤3、计算z域下有源阻尼环节的传递函数；

步骤4、利用步骤3所得的有源阻尼环节，计算加入有源阻尼环及PR控制器后系统的开环传递函数，结合LCL滤波器谐振频率谐波抑制条件，对系统进行稳定性分析；

步骤5、在满足稳定性条件以及谐振抑制条件的范围内，选取使系统截止频率尽可能大的PR控制器比例环节系数Kp，以获得具有动态性能的闭环控制系统；

步骤6、以电流正弦化为目标计算电流给定，并以网侧电流作为反馈量与所求得的电流给定量相减，经比例谐振调节器后与有源阻尼环输出相加，再经过Clarke反变换，输出三相调制波信号；

步骤7、将步骤6所得的三相调制信号经正弦脉宽调制单元生成脉宽调制信号，该脉宽调制信号通过驱动电路控制逆变器开关管的工作状态；

步骤3中所述的计算z域下有源阻尼环节的传递函数，具体步骤为：

步骤3.1、计算z域下电容电流比例反馈有源阻尼系统开环传递函数；

步骤3.2、计算z域下网侧电流反馈有源阻尼系统开环传递函数；

步骤3.3、比较上述两者后确定网侧电流反馈有源阻尼环节传递函数，即在网侧电流反馈条件下，获得一个自由度为一的有源阻尼控制器；

有源阻尼环节传递函数的表达式为：

上式中，H(z)为有源阻尼环节传递函数，H为有源阻尼反馈系数，L₁为LCL滤波器逆变器侧电感感值，L₂为LCL滤波器网侧电感感值，T_s为数字控制系统采样周期，ω_res为LCL滤波器谐振频率，ω_res的表达式如下：

其中C为LCL滤波器电容容值。

2.根据权利要求1所述的基于有源阻尼的LCL滤波器谐振抑制方法，其特征在于，步骤4所述对系统进行稳定性分析，具体如下：

LCL滤波器谐振频率谐波抑制条件如下：

其中ω′_res为加入有源阻尼后LCL滤波器的谐振频率，Top(z)为系统开环传递函数；

系统稳定性分析结果如下：

当ω_resω_s/6时，H和Kp的取值范围如下：

其中Kp为比例谐振控制器的比例系数，ω_s为数字控制系统采样角频率；

当ω_s/6ω_resω_s/4时，H和Kp的取值范围如下：

当ω_s/4ω_resω_s/2时，H和Kp的取值范围如下：

3.根据权利要求1所述的基于有源阻尼的LCL滤波器谐振抑制方法，其特征在于，步骤5所述Kp的选取如下：