[发明专利]一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构及控制方法

说明书

本发明涉及逆变器控制领域，具体的是一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构及控制方法，拓扑结构包括直流侧电压源、三相逆变器、LCL滤波器、电网阻抗和电网，直流侧电压源并接在三相逆变器的直流侧，三相逆变器的输出侧与LCL滤波器串联之后通过电网阻抗接入电网。控制方法以电容电压为前馈量，通过全前馈函数引到准比例谐振控制器的输出端，得到的信号与控制器的输出求和后作为PWM的调制信号，控制逆变桥开关管的通断。本发明中全前馈函数抵消了电容电流比例反馈的有源阻尼，节省了采集电容电流的传感器，设计简单而且提高了电网背景谐波的抑制能力。

技术领域

本发明涉及逆变器控制领域，具体的是一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构及控制方法。

背景技术

并网逆变器因具有灵活的运行模式以及良好的可控性，成为分布式发电系统与电网之间功率转换的重要接口，然而随着新能源发电装机容量及其在电网中渗透率的逐渐增加，电网的特性越来越像弱电网，这对并网逆变器的动态特性产生重大影响。电网阻抗的大范围变化可能引起系统的不稳定，电网电压背景谐波也会导致注入电网电流的畸变。

LCL型并网逆变器对高次谐波有显著的抑制能力，但是对电网背景谐波的抑制能力有限，且LCL滤波器存在固有的谐振峰。目前谐振峰的阻尼方法分为无源阻尼和有源阻尼两种，无源阻尼即在滤波电容支路串联电阻，该方法简单但是会造成额外的功率损耗；有源阻尼主要有分裂电容法、电容电流反馈、零极点配置补偿等方法，其中电容电流比例反馈简单有效而被广泛采用。

在注入电网电流畸变抑制方面主要有两种方法，一种是增加谐振频率处的电流环路增益，可以通过多谐振调节器或比例积分控制器来实现。但是如果被抑制的电流谐波频率接近或者超过电流环路增益的穿越频率，则会引起系统的相位裕度不足，甚至导致系统的不稳定。另一种是重塑逆变器的输出阻抗，可以通过电网电压前馈控制来实现，电网电压比例前馈控制能够有效抑制低频谐波，但会放大高频谐波。在不考虑控制延迟的情况下，电网电压全前馈控制使逆变器的输出阻抗等效为无穷大，从而能够完全消除并网电流中电网电压扰动的影响。但是考虑控制延迟时，逆变器的输出阻抗不可能为无穷大，而且延迟环节会带来负的相移，从而降低系统的稳定裕度，通过在前馈通道中引入多谐振元件，可以实现并网电流对电网电压谐波有足够抑制能力的同时保证了系统的稳定裕度。

然而在弱电网中电网阻抗会发生大范围变化，且现实应用中逆变器会通过升压变压器接入电网，变压器的漏电感作为LCL滤波器的电网侧电感，电网电压难以直接测量。综上所述，目前抑制电网背景谐波的控制策略都有一定的限制，非常有必要研究适应性更广泛的抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构及控制方法。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构及控制方法，本发明以电容电压作为前馈量，通过全前馈函数引到准比例谐振控制器的输出端，得到的信号与控制器的输出求和后作为PWM的调制信号，控制逆变桥开关管的通断，全前馈函数抵消了电容电流比例反馈的有源阻尼，节省了采集电容电流的传感器，设计简单而且提高了电网背景谐波的抑制能力。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构，所述拓扑结构包括直流侧电压源、三相并网逆变器、LCL滤波器、电网阻抗和电网，所述直流侧电压源并接在三相逆变器的直流侧，三相逆变器的输出侧与LCL滤波器串联之后通过电网阻抗接入电网。

进一步地，所述LCL滤波器包括逆变器侧电感L₁、电网侧电感L₂和滤波电容C_f。

一种抑制电网背景谐波的并网逆变器拓扑结构的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：