基于逆变侧电流反馈的LCL型并网逆变器控制技术研究.pdf

摘要

并网逆变器作为可再生能源发电单元与电网之间的能量转换接口，对基于可再

生能源的分布式发电系统的安全、稳定和高质量运行起着十分重要的作用。在数字

控制并网逆变器中，常规采样方法下PWM调制延迟和计算延迟限制了系统的闭环

带宽、动态性能和稳定性。本文以逆变侧电流反馈的LCL型并网逆变器为研究对象，

以减小系统数字控制延迟、提高系统的闭环带宽为出发点展开了研究。

首先，通过建立小信号模型推导出了单采样和多采样下所引入控制延迟的大小，

提出了采用立即更新模式替代传统的影子模式进行PWM的更新，并通过分析计算

过程的冗余时间提出将计算延迟减小为1μs。通过分析并网逆变器闭环系统的稳定

性，得出了系统总延迟与系统无源区间的关系。通过对逆变侧电流多采样下的混叠

现象进行分析，表明逆变侧电流多采样相较于单采样谐波失真度明显降低，多采样

下采用NBDD调制方式可以在任意采样相位实现无混叠采样。

其次，由于多采样在开关频率及其倍数处引入了高频纹波成分，本文对多采样

下并网逆变器高频纹波滤波器进行了选择，对比分析了传统的低通滤波器以及四种

数字重复滤波器，提出使用一种低相位滞后的重复滤波器进行滤波，通过分析影响

其滤波性能的三个关键参数以及系统的滤波需求设计出了最优的滤波参数，在有效

滤波的同时能够保持多采样对于相位提升的优势。

最后，搭建了一台3kW的实验样机，对逆变侧电流单采样、多采样、计算延迟

改进后的多采样、引入最优参数的低相位滞后重复滤波器滤波的系统环路等理论分

析内容进行了实验验证。实验结果进一步验证了理论分析的正确性以及所提控制方

案的有效性。

关键词：并网逆变器；数字控制延迟；多采样；重复滤波器

ABSTRACT

Grid-connectedinvertersplayacrucialroleastheenergyconversioninterfacebetween

renewableenergygenerationunitsandthepowergrid.Theyareessentialforensuringthe

safe,stable,andhigh-qualityoperationofrenewableenergy-baseddistributedgeneration

systems.Indigitallycontrolledgrid-connectedinverters,PWMmodulationdelayand

computationaldelaystemmingfromconventionalsamplingmethodscansignificantly

impacttheclosed-loopbandwidth,dynamicperformance,andstabilityofthesystem.This

paperfocusesonstudyingtheLCL-typegrid-connectedinverterwithinverter-sidecurrent

feedback,withaprimaryobjectiveofreducingdigitalcontroldelayandenhancingthe

closed-loopbandwidth.

Firstly,themagnitudeofthecontroldelayintroducedundersingle-samplingandmulti-

samplingisderivedbymeansofasmall-signalmodel,andtheimmediateupdatemodeis

proposedtoreplacethetraditionalshadowmodeforPWMupdating,anditisproposedto

reducethecomputationaldelayto