基于LCL濾波的光伏逆變器網(wǎng)側電流單環(huán)控制
PMcut為截止頻率相角裕度,取PM1和PM2中的較小者為諧振頻率相角裕度PMres,其中θcut,θ1和θ2為系統(tǒng)在頻率點ωcut,ω1和ω2的相角。要使系統(tǒng)穩(wěn)定即要使公式定義的兩個相角裕度都大于零,即公式給出了系統(tǒng)穩(wěn)定區(qū)間的數(shù)學表達。圖2b給出系統(tǒng)中兩個相角裕度與延遲時間的關系,可見系統(tǒng)在0.65拍到1.5拍延遲時間內(nèi)都穩(wěn)定。
3.2 動穩(wěn)態(tài)特性分析
延遲時間還會影響系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性。圖3示出不同延遲時間下系統(tǒng)的階躍響應和閉環(huán)增益。由圖3a可見,隨著延遲拍數(shù)增加,系統(tǒng)超調量明顯增加而調節(jié)時間縮短,且延遲0.75拍以后調節(jié)時間的變化已經(jīng)很小。其中延遲0.65拍由于處于臨界穩(wěn)定的狀態(tài),調節(jié)時間遠大于延遲0.75拍和延遲1拍的系統(tǒng)。由圖3b可見,閉環(huán)幅值曲線上存在諧振峰,諧振峰大小反應了系統(tǒng)對該段頻率諧波的抑制能力,諧振峰越大諧波抑制能力越弱。隨著延遲時間增加,諧振峰頻率逐漸減小,且諧振峰先減小后增大。延遲0.75拍時系統(tǒng)的諧波抑制能力要優(yōu)于延遲0.65拍和延遲1拍。根據(jù)上述分析,延遲0.75拍時,系統(tǒng)可穩(wěn)定運行,且獲得更優(yōu)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。
4 實驗
設計一臺基于LCL濾波器的單相光伏并網(wǎng)逆變器,系統(tǒng)參數(shù)如第2節(jié)所述。圖4示出系統(tǒng)在不同滯后拍數(shù)控制下,負載從峰值5 A突增到15 A時輸出電流波形和穩(wěn)態(tài)輸出15 A時電流波形。
結果證明系統(tǒng)在延遲0.65拍控制下,負載突增時調節(jié)時間較長,超過10 ms,延遲0.75拍和延遲1拍控制下調節(jié)時間只有約5 ms。同時可見延遲1拍控制下負載突變時振蕩較劇烈,超調量較大。從穩(wěn)態(tài)效果來看延遲0.75拍控制具有最小的穩(wěn)態(tài)THD=2.14%,延遲0.65拍和1拍控制下穩(wěn)態(tài)諧波增加,THD分別為3.9%和3.17%。實驗結果從穩(wěn)定性、動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能3個方面,驗證了理論分析的正確性以及控制方案的有效性。
5 結論
基于網(wǎng)側電流單環(huán)控制的LCL濾波并網(wǎng)逆變器,分析了延遲時間對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,給出了保證系統(tǒng)穩(wěn)定的延遲時間的范圍。進一步分析了延遲時間對系統(tǒng)動態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性的影響,提供了一種設計延遲時間的方法,使系統(tǒng)獲得良好的動穩(wěn)態(tài)性能。最后搭建了一臺實驗樣機進行實驗,結果證明該控制策略有效。
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