基于带通滤波器主动阻尼的单传感器逆变器侧电流反馈技术，用于弱电网条件下LCL并网逆变器的稳定控制

《IEEE Transactions on Power Electronics》：Single-Sensor Inverter-Side Current Feedback with Band-Pass-Filter Active Damping for Robust Control of LCL Grid-Connected Inverters Under Weak-Grid Conditions

　　

摘要：

经过LCL滤波的并网电压源逆变器具有出色的开关谐波抑制能力，但其共振特性与数字延迟相结合可能会使传统的电流控制方式变得不稳定。本文提出了一种基于单一传感器的一体化逆变器侧电流反馈方案，该方案仅利用已有用于过流保护的逆变器侧电流传感器即可实现精确的电流调节和主动阻尼，无需额外的电容器或电网电流传感器。与那些仅适用于?r < ?s/6条件的恒增益ICF方法不同，该方案采用了自适应频率的多准比例-共振控制器，并结合了基于带通滤波器的主动阻尼路径，该路径通过Tustin方法进行离散化处理，从而能够在?s/6以上甚至接近?s/3的情况下仍保持稳定运行。BPF-AD的Tustin离散化处理会在z = ?1（奈奎斯特频率）处产生一个零点，使得在ω =π/ Ts时增益为?∞ dB，进而具备比恒增益及基于高通滤波器的方案更强的高频噪声抑制能力。该带通滤波器能在共振区域内模拟出一个具有正等效电阻的虚拟阻抗，其参数（ζ, KD）是通过最大化有效阻尼因子ζLCL并同时确保KD(ζ)满足内环稳定性要求来确定的，从而直接确定了可行的稳定设计范围。共振增益则是根据灵敏度函数来设计的，而闭环稳定性则通过在z域中分析极点轨迹、比例增益限制以及针对最高达Lg = 11 mH（SCR ≈ 3）的电网电感变化的鲁棒性来进行验证。在单相原型上的实验表明，该方案能够实现快速电流跟踪，在?r > ?s/6的情况下有效抑制共振，且在电网电压谐波失真率达15%的恶劣条件下，电流总谐波失真率可从11%降低到2.9%。