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电动汽车驱动 ★ 5.0

基于无源性理论的LCL滤波型选择性谐波电阻-有源功率滤波器控制器设计

Passivity-Based Controller Design of LCL-Filtered Selective-Harmonic Resistive-Active Power Filter

作者 Chao Gao · Shan He · Rui Kong · Ka Nang Leung · Poh Chiang Loh
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2024年9月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 有源电力滤波器 电阻型有源电力滤波器 无源特性 虚拟导纳控制 控制方案
语言:

中文摘要

并网变流器输出导纳的无源特性被广泛认为有利于系统稳定性。然而,有源电力滤波器(APF)的导纳取决于所接入的非线性负载(NLL)。因此,基于无源特性的 APF 设计也依赖于特定的非线性负载。为解决这一问题,本文建议用电阻型有源电力滤波器(RAPF)替代 APF,其导纳与非线性负载无关。本文研究了虚拟阻抗或虚拟导纳控制方案,结果表明这些方案均不稳定。随后,本文提出了一种新的控制方案,该方案可在选定频率下模拟期望的虚拟阻抗/导纳。接着,针对所提出的 RAPF 进行了基于无源特性的控制器设计。同时,提出了一种更简单的谐振控制器补偿角计算方法。最后,通过实验验证了所提出控制方案的有效性和正确性。

English Abstract

Passive property of grid-tied converter’s output admittance is widely recognized as favorable to stability. However, the admittance of active power filter (APF) is dependent on the nonlinear load (NLL) applied. Thus, the passivity-based design of APF is also dependent on the specific NLL. To deal with this problem, this article suggests replacing APF with resistive active power filter (RAPF) whose admittance is unrelated to NLL. Virtual impedance or virtual admittance control schemes are examined in this article. It turns out that none of them is stable. Then, a new control scheme is proposed which emulates desired virtual immittance at selected frequencies. Passivity-based controller design for proposed RAPF is then formulated. Meanwhile, a simpler calculation method for compensation angle of resonant controller is proposed. The effectiveness and correctness of the proposed control scheme is finally verified by experiments.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇关于LCL滤波选择性谐波电阻型有源滤波器的无源性控制设计论文具有重要的工程应用价值。

在光伏逆变器和储能变流器领域,系统稳定性一直是核心技术挑战。传统有源滤波器(APF)的导纳特性依赖于非线性负载,这导致在复杂电网环境下难以保证系统的鲁棒性。论文提出的电阻型有源滤波器(RAPF)方案,通过解耦导纳与负载的关系,为阳光电源的并网产品提供了更可靠的谐波治理思路。这对于我们在工商业储能系统和大型地面电站中应对复杂负载场景具有直接意义。

该技术的核心价值在于基于无源性的控制器设计方法。通过在选定频率点模拟期望的虚拟阻抗特性,既保证了系统的无源稳定性,又实现了选择性谐波补偿。这与阳光电源在多机并联、弱电网接入等应用场景的需求高度契合。特别是论文提出的谐振控制器补偿角简化计算方法,可显著降低控制算法的复杂度,便于在DSP或FPGA平台上实现。

从技术成熟度评估,该研究已通过实验验证,具备工程化基础。但在实际产品应用中,仍需关注几个挑战:一是LCL滤波器参数设计与虚拟阻抗参数的协同优化;二是在宽频域范围内的无源性保持;三是与现有电网支撑功能(如低电压穿越、惯量支撑)的集成。

建议阳光电源的研发团队深入研究该技术在1500V系统、储能PCS双向变流器中的适配性,并结合公司在数字控制平台的技术积累,开发具有自主知识产权的无源稳定控制算法,进一步提升产品在复杂电网环境下的适应能力和市场竞争力。