[发明专利]一种双电感电流变化的LCL型并网逆变器电流控制方法

权利要求书

1.一种双电感电流变化的LCL型并网逆变器电流控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：列写单相等效电路表达式和定义三种工作状态占空比；

首先在调制波正半周期内，忽略功率器件压降和死区时间影响，根据基尔霍夫电压定律可以得到中点电位平衡下的x相等效电路的数学表达式为：

公式(1)中，U_dc是输入直流电源电压，U_PCCx表示公共耦合点PCC上的电压；逆变器侧电感L_xi、电容C_x和电网侧电感L_xg构成了LCL滤波器；电网侧电感L_xg不包括电网阻抗；其中，n表示采样时刻，t_pon表示U_dc/2的动作时间；i_xi为逆变器侧电流，i_xg为电网侧电流；

同样地，在调制波负半周期内，忽略功率器件压降和死区时间影响，根据基尔霍夫电压定律得到中点电位平衡下的x相等效电路的数学表达式为：

设同时兼顾并网电流和谐振抑制的占空比为d_x，d_x≥0，当调制波处于正半周期时，逆变器输出电压包括+U_dc/2和0两种电压，因此，将+U_dc/2即P状态、0为O状态和-U_dc/2为N状态，三种输出电压对应的占空比设置为：

公式(3)中，d_xP、d_xO、d_xN分别是P状态、O状态和N状态对应的x相占空比；

当调制波处于负半周期时，逆变器输出电压包括-U_dc/2和0两种电压；因此，将+U_dc/2、即P状态；0，即O状态；-U_dc/2、即N状态，三种输出电压对应的占空比设置为：

步骤2：双分解过程；

先对LCL滤波器的两个电感进行双分解，在调制波正半周期T_s/2中，得到逆变器侧电感电流和并网电流的双分解公式为：

其中，T_s为开关周期，Δi_xiP+表示调制波正半周期下逆变器侧电感上x相的P工作状态下对应的电流变化量；Δi_xiO+表示调制波正半周期下逆变器侧电感上x相的O工作状态下对应的电流变化量；Δi_xiN+表示调制波正半周期下逆变器侧电感上x相的N工作状态下对应的电流变化量；Δi_xgP+表示调制波正半周期下电网侧电感上x相的P工作状态下对应的电流变化量；Δi_xgO+表示调制波正半周期下电网侧电感上x相的O工作状态下对应的电流变化量；Δi_xgN+表示调制波正半周期下电网侧电感上x相的N工作状态下对应的电流变化量；

在调制波负半周期T_s/2期间，逆变器侧电感电流和并网电流推导得：

其中，Δi_xiP-表示调制波负半周期下逆变器侧电感上x相的P工作状态下对应的电流变化量；Δi_xiO-表示调制波负半周期下逆变器侧电感上x相的O工作状态下对应的电流变化量；Δi_xiN-表示调制波负半周期下逆变器侧电感上x相的N工作状态下对应的电流变化量；Δi_xgP-表示调制波负半周期下电网侧电感上x相的P工作状态下对应的电流变化量；Δi_xgO-表示调制波负半周期下电网侧电感上x相的O工作状态下对应的电流变化量；Δi_xgN-表示调制波负半周期下电网侧电感上x相的N工作状态下对应的电流变化量；

步骤3：求和过程；

通过总结以上公式得到调制波正半周期内两个电感的总电流变化，表示为：

结合式(3)和式(7)推导可得：

其中，Δi_xi+表示调制波正半周期下逆变器侧电感上x相的电流变化；Δi_xg+表示调制波正半周期下电网侧电感上x相的电流变化；

同样地，通过总结以上公式可以得到调制波负半周期内两个电感的总电流变化，可表示为：

结合式(4)和式(9)，得到公式(10)：

式中，Δi_xi-表示调制波负半周期下逆变器侧电感上x相的电流变化；Δi_xg-表示调制波负半周期下电网侧电感上x相的电流变化；

步骤4：得到x相占空比表达式；

通过综合调制波正、负半个周期的两个电感电流变化，得到电流变化的完整表达式：

由式(11)可以推导出一个开关周期内并网电流的占空比表达式如下：

一个开关周期内电感电流的变化量应为：

i_x＝I_xref(n+1)-I_xref(n) (13)

式中，I_xref(n+1)为n+1时刻的电流参考值，I_xref(n)为n时刻的电流参考值；

但并网电流在跟踪过程中会产生误差：

i_e＝I_xref(n)-i_x(n) (14)

式中，i_x(n)为n时刻实际采样电流；将误差加入到期望的电流变化量中，得到以下表达式：

i_e,x＝i_x+i_e＝I_xref(n+1)-i_x(n) (15)

将以上分析应用于逆变器侧电感电流和并网电流，即I_xref(n+1)-i_x(n)用来代替两种电感电流的变化：

其中，I_xgref(n+1)和I_xiref(n+1)分别为n+1时刻的并网电流和逆变器侧电感电流的参考值；I_xg(n)和i_xi(n)分别为n时刻的并网电流和逆变器侧电感电流的实际采样值；

并网电流的参考值代替逆变器侧电流的参考值，公式(12)转换为:

通过公式(17)可以得到最终的占空比表达式如下：

d_x＝K_p1[I_xgref(n+1)-i_xi(n)]+K_p2[I_xgref(n+1)-i_xg(n)]+K_p3U_PCCx (18)

其中，比例系数K_p1＝2L_xi/(U_dcT_s)，比例系数K_p2＝2L_xg/(U_dcT_s)，比例系数K_p3＝2/U_dc；在公式(18)中，K_p2表示并网电流增益，影响了电流的跟踪精度；K_p1表示逆变器侧电感电流增益，影响谐振抑制效果；K_p3表示在PCC条件下并网电压的前馈增益，影响了电流的动态响应速度。