LCL型并网逆变器的控制技术PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 能源现状和环境问题 1

1.2 基于可再生能源的分布式发电系统 1

1.2.1 基于可再生能源的分布式发电系统的优点 2

1.2.2 基于可再生能源的分布式发电系统结构 2

1.2.3 并网逆变器 3

1.3 LCL型并网逆变器的关键技术 4

1.3.1 LCL滤波器设计及其磁集成方法 5

1.3.2 LCL滤波器谐振尖峰的阻尼方法 6

1.3.3 并网逆变器闭环参数设计 7

1.3.4 控制延时影响及其减小方法 11

1.3.5 电网电压引起的并网电流谐波抑制方法 13

1.3.6 电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响及其改善方法 19

1.4 本章小结 20

第2章 LCL滤波器设计 21

2.1 单相全桥并网逆变器的PWM控制 21

2.1.1 双极性SPWM控制 21

2.1.2 单极倍频SPWM控制 24

2.2 三相全桥并网逆变器的PWM控制 25

2.2.1 SPWM控制 27

2.2.2 谐波注入SPWM控制 29

2.3 LCL滤波器设计 33

2.3.1 逆变器侧电感的设计 34

2.3.2 滤波电容的设计 40

2.3.3 网侧电感的设计 41

2.4 LCL滤波器的设计实例 42

2.4.1 单相LCL滤波器 42

2.4.2 三相LCL滤波器 44

2.5 本章小结 46

第3章 LCL滤波器的磁集成方法 47

3.1 LCL滤波器的磁集成方法 47

3.1.1 单相LCL滤波器的磁集成 47

3.1.2 三相LCL滤波器的磁集成 49

3.2 磁集成对LCL滤波器滤波特性的影响 50

3.2.1 集成电感的等效磁路模型 50

3.2.2 采用耦合电感的LCL滤波器的滤波特性 52

3.3 设计实例 54

3.3.1 单相LCL滤波器的磁集成设计 54

3.3.2 三相LCL滤波器的磁集成设计 56

3.4 实验验证 56

3.5 本章小结 59

第4章 LCL滤波器谐振尖峰的阻尼方法 60

4.1 LCL滤波器谐振尖峰的危害 60

4.2 无源阻尼方法 61

4.2.1 基本的无源阻尼方法 61

4.2.2 改进的无源阻尼方法 65

4.3 有源阻尼方法 67

4.3.1 基于状态变量反馈的有源阻尼方法 68

4.3.2 基于陷波器的有源阻尼方法 69

4.4 本章小结 71

第5章 LCL型并网逆变器的电容电流反馈有源阻尼和并网电流调节器设计 72

5.1 LCL型并网逆变器的数学模型 72

5.2 电容电流反馈有源阻尼和PI调节器的频率特性 75

5.3 闭环参数的约束条件 76

5.3.1 稳态误差要求 76

5.3.2 稳态误差和稳定裕度对闭环参数的约束 78

5.3.3 PWM对闭环参数的约束 79

5.4 电容电流反馈系数和PI调节器参数的设计步骤 80

5.5 设计方法的扩展 81

5.5.1 采用PI调节器加电网电压前馈 82

5.5.2 采用PR调节器 82

5.6 设计实例 84

5.6.1 采用PI调节器的设计结果 84

5.6.2 采用PR调节器的设计结果 87

5.7 实验验证 89

5.8 本章小结 93

第6章 单相LCL型并网逆变器电网电压全前馈策略 94

6.1 电网电压对并网电流的影响 94

6.2 单相LCL型并网逆变器电网电压全前馈策略 97

6.2.1 电网电压全前馈函数的推导 97

6.2.2 全前馈函数各项作用 99

6.2.3 电网电压全前馈策略对主电路参数偏差的适应性分析 101

6.3 实验验证 103

6.4 本章小结 107

第7章 三相LCL型并网逆变器电网电压全前馈策略 108

7.1 三相LCL型并网逆变器的数学模型 108

7.1.1 αβ静止坐标系下三相LCL型并网逆变器数学模型 108

7.1.2 dq同步旋转坐标系下三相LCL型并网逆变器数学模型 111

7.2 电网电压全前馈策略的推导 112

7.2.1 αβ静止坐标系下电网电压全前馈策略 113

7.2.2 dq同步旋转坐标系下电网电压全前馈策略 113

7.2.3 混合坐标系下电网电压全前馈策略 115

7.3 电网电压全前馈函数讨论 118

7.3.1 三相LCL型并网逆变器电网电压全前馈函数各项作用 118

7.3.2 三相LCL型并网逆变器滤波器参数变化对全前馈效果影响分析 121

7.3.3 三相L型和LCL型并网逆变器电网电压全前馈函数相互关系 122

7.4 实验验证 122

7.5 本章小结 129

第8章 数字控制LCL型并网逆变器的电容电流反馈有源阻尼及并网电流调节器的设计 130

8.1 控制延时产生的机理 131

8.2 存在控制延时的电容电流反馈有源阻尼及环路增益特性 132

8.2.1 电容电流反馈有源阻尼的等效阻抗 132

8.2.2 系统环路增益的离散域表达式 135

8.2.3 系统环路增益的右半平面极点 137

8.3 数字控制时系统稳定性约束条件 139

8.3.1 Nyquist稳定判据 139

8.3.2 系统稳定性约束条件 140

8.4 数字控制时LCL滤波器与电流调节器和电容电流反馈有源阻尼的设计 142

8.4.1 LCL滤波器谐振频率选取的禁止区域 142

8.4.2 稳态误差和稳定裕度对闭环参数的约束 143

8.4.3 LCL滤波器参数、PR调节器和电容电流反馈系数设计 145

8.5 无阻尼时数字控制LCL型并网逆变器的并网电流环设计 146

8.5.1 无阻尼时并网电流环控制下系统稳定的必要条件 146

8.5.2 无阻尼时并网电流环参数设计及系统性能分析 147

8.6 设计实例 148

8.6.1 有电容电流反馈有源阻尼的闭环参数设计实例 149

8.6.2 无阻尼时并网电流环闭环参数设计实例 152

8.7 实验验证 153

8.7.1 有电容电流反馈有源阻尼的实验验证 153

8.7.2 无阻尼时并网电流控制的实验验证 156

8.8 三种控制方式下设计系统性能比较 156

8.9 本章小结 157

第9章 减小计算延时以提高LCL型并网逆变器稳定性和控制性能的策略 158

9.1 控制延时对LCL型并网逆变器的影响 158

9.1.1 数字控制LCL型并网逆变器的数学模型 158

9.1.2 减小计算延时对电容电流反馈有源阻尼特性的改善 162

9.1.3 减小计算延时对系统控制性能的改善 164

9.2 即时采样方法 167

9.2.1 电容电流即时采样引入的混叠 167

9.2.2 设计实例 169

9.2.3 实验验证 171

9.3 双采样模式实时运算方法 174

9.3.1 双采样模式实时运算方法 174

9.3.2 设计实例 177

9.3.3 实验验证 179

9.4 本章小结 183

第10章 提高LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的输出阻抗校正方法 184

10.1 基于阻抗的并网逆变器稳定性判据推导 184

10.2 并网逆变器的输出阻抗模型 185

10.3 输出阻抗与谐波抑制能力和鲁棒性 187

10.4 基于虚拟阻抗的输出阻抗校正方法 189

10.4.1 并联阻抗校正 189

10.4.2 串并联阻抗综合校正 191

10.4.3 参数设计和敏感性分析 194

10.5 实验验证 196

10.5.1 原理样机设计 196

10.5.2 实验结果 197

10.6 本章小结 201

第11章 弱电网下三相LCL型并网逆变器的电网电压加权前馈策略 202

11.1 基于阻抗的三相并网逆变器稳定性判据推导 202

11.2 弱电网下并网逆变器稳定性分析 203

11.2.1 并网逆变器输出阻抗推导 203

11.2.2 弱电网下并网逆变器稳定性判断 205

11.3 并网逆变器输出阻抗特性分析 207

11.3.1 无电网电压前馈控制的逆变器输出阻抗特性 207

11.3.2 电网电压全前馈控制对逆变器输出阻抗影响分析 209

11.4 电网电压加权前馈策略 211

11.4.1 电网电压加权前馈策略的提出 211

11.4.2 电网电压加权前馈策略的实现方式 212

11.4.3 电网电压加权前馈的权值设计 214

11.5 实验验证 217

11.5.1 稳定性测试 218

11.5.2 谐波抑制能力测试 219

11.6 本章小结 222

第12章 基于前置滤波器的同步旋转坐标系锁相技术 223

12.1 引言 223

12.2 SRF-PLL工作原理简介 224

12.3 基于前置滤波器的SRF-PLL 225

12.3.1 复矢量滤波器分析法 226

12.3.2 基于复矢量滤波器的前置滤波器推导 228

12.4 通用二阶复矢量滤波器 236

12.5 三阶复矢量滤波器 238

12.6 仿真及实验验证 240

12.6.1 仿真验证 240

12.6.2 实验验证 240

12.7 本章小结 248

参考文献 249