[发明专利]并网逆变器LCL滤波器改进型参数设计方法

摘要

本发明公开了一种并网逆变器LCL滤波器改进型参数设计方法。该发明以基于系统延时系数的稳定域作为谐振频率的选择依据，限制LCL谐振频率在单个稳定域之内，保证了弱电网阻抗大范围变动时系统的稳定性，再利用几何平均值，选择LCL谐振频率初值，以及利用稳定裕度，确定LC谐振频率值；最后避开重要谐波得到子稳定域族，作为LCL谐振频率终值的选择依据，弱化了系统对电网谐波的敏感性，增强了鲁棒性；最后根据桥臂侧电流最大纹波要求求出桥臂侧电感值，以及两个谐振频率得到电容和网侧电感值。本发明综合考虑了弱电网和电网谐波对滤波器参数设计的影响，省略了繁琐的反复试凑步骤，计算方法简单直观。

主权项

1.一种并网逆变器LCL滤波器改进型参数设计方法，其特征在于，步骤如下：步骤1，先计算并网逆变器数字控制系统的采样、调制、加载过程中产生的总延时时间t_d，然后求出并网逆变器LCL滤波器的桥臂侧电感L₁；总延时时间t_d的计算式为：t_d＝λT_s桥臂侧电感L₁的计算式为：其中，λ为系统延时系数，T_s为并网逆变器的电流采样时间，U_dc为并网逆变器直流侧电压，k_sw为并网逆变器PWM调制电流纹波系数，为桥臂侧电感电流纹波的最大值，T_sw为并网逆变器开关管的开关周期；步骤2，给出并网逆变器电流控制环的开环传递函数G(s)的表达式；开环传递函数G(s)的表达式为：其中，G_c为电流环控制方程，K_pwm为调制系数，e为自然指数，s为拉普拉斯算子，G₁为桥臂输出电压到电流控制变量的传递函数；所述的并网逆变器电流控制环为网侧电流控制环，传递函数G₁的计算公式为：其中，C为滤波电容，L₂为网侧电感；步骤3，根据步骤2中给出的电流控制环开环传递函数G(s)得到其相位的表达式；其中,为电流环控制方程G_c的相位角，ω为系统角频率，为G₁的相位角；步骤4，根据步骤1中得到的延时时间t_d和步骤3中电流控制环开环传递函数G(s)的相位给出基于系统延时系数的谐振频率稳定域范围：其中，λ_min为系统最小延时系数，λ_max为系统最大延时系数，k为自然数，π为圆周率，f_s为并网逆变器采样频率，f_r为LCL谐振频率，所述LCL谐振频率f_r为桥臂侧电感L₁、滤波电容C与网侧电感L₂的谐振频率；步骤5，在步骤4给定的谐振频率稳定域范围中，取其中一个稳定域范围，作为LC谐振频率f_r0和LCL谐振频率f_r的取值范围，所述LC谐振频率f_r0为桥臂侧电感L₁与滤波电容C的谐振频率，其选取原则为：取k＝1，即根据以上原则，确定LC谐振频率f_r0和LCL谐振频率f_r取值的左边界f_{lim_L}和右边界f_{lim_R}分别为：其中，f_{lim_L}为LC谐振频率f_r0和LCL谐振频率f_r的左边界，f_{lim_R}为LC谐振频率f_r0和LCL谐振频率f_r的右边界；步骤6，根据步骤5得到的LC谐振频率f_r0和LCL谐振频率f_r的左边界f_{lim_L}和右边界f_{lim_R}，利用加权几何平均值计算方法求得LCL谐振频率f_r的初值f_rs，然后基于系统相位稳定裕度φ_m0，求出LC谐振频率f_r0的取值；LCL谐振频率的初值f_rs计算式为：LC谐振频率f_r0的计算式为：其中，k₁为LC谐振频率权重系数，k₂为LCL谐振频率权重系数，开方次数r＝k₁+k₂；步骤7，给定并网逆变器的重要谐波f_v：其中，f_v0为并网逆变器的第一类重要谐波，f_v1为并网逆变器的第二类重要谐波，f_v2为并网逆变器的第三类重要谐波，f_h为电网的典型谐波，其中25次谐波内的非三倍频、非偶次谐波视为电网典型谐波，f_sw为并网逆变器开关管的开关频率，f₀为电网的基波频率，且式中f₀之前的符号由电网的典型谐波相序决定，若f_h为正序谐波，则取“+”号，若f_h为负序谐波，则取“—”号；针对电网中n个典型谐波f_h，根据并网逆变器的重要谐波f_v的计算公式，计算得到i个重要谐波点f_{vp_i}，并与步骤5得到的LC谐振频率f_r0和LCL谐振频率f_r的左边界、右边界进行比较，取左右边界内相邻的两个重要谐波点f_{vp_i}之差绝对值大于等于100Hz，即|f_{vp_i+1}‑f_{vp_i}|≥100Hz的区域作为子稳定域族的范围：f_{i_lim_L}≤f_r≤f_{i_lim_R},i＝1,2...∞其中，i为自然数，f_{vp_i}为第i个重要谐波点，f_{vp_i+1}为第i+1个重要谐波点，f_{i_lim_L}为第i个子稳定域左边界，f_{i_lim_R}为第i个子稳定域右边界，n为自然数，1≤n≤8；步骤8，将步骤6中得到的LCL谐振频率的初值f_rs与步骤7中得到的子稳定域族的范围进行比较，若f_rs∈(f_{i_lim_L},f_{i_lim_R})，LCL谐振频率的初值f_rs直接作为设计的LCL谐振频率f_r的取值，即：f_r＝f_rs，若取与LCL谐振频率初值f_rs最近的一个子稳定域范围对应的左右边界设为f_{i_lim_L}，f_{i_lim_R}，谐振频率稳定域与LCL谐振频率初值f_rs差值最小时视为最近，利用几何平均值计算方法求得LCL谐振频率f_r的取值，即：步骤9，根据步骤8中得到的LCL谐振频率f_r和步骤6中得到的LC谐振频率f_r0，以及步骤1中得到的桥臂侧电感L₁联立方程组求得滤波电容C与网侧电感L₂：