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系统并网技术 并网逆变器 ★ 5.0

一种用于并网变流器的恒定开关频率abc坐标系滞环电流控制器

An abc Reference Frame Hysteresis Current Controller for Grid Connected Converter With Constant Switching Frequency Operation

作者 Ravi Varma Chavali · Anubrata Dey · Biswarup Das
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2024年7月
技术分类 系统并网技术
技术标签 并网逆变器
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 并网逆变器 电流滞环控制 空间矢量调制 三相两电平电压源逆变器 补偿方法
语言:

中文摘要

针对并网逆变器,提出了一种基于电流空间矢量目标轨迹的恒开关频率滞环电流控制(HCC)技术(HCC - TTCSV)。所提出的HCC - TTCSV技术产生的逆变器线电压谐波频谱,可确保与电压控制的传统七段式空间矢量调制(SVM)技术的谐波频谱具有相似特性。所提出的电流控制器是一种新颖的控制器(即同类中的首创),它允许在静止abc坐标系中用在线计算的电流边界来检查相电流。该控制器不遵循电流误差边界,而是进行相电流边界检查。然而,每个七段式开关周期内的相电流边界值,是通过利用一些三角关系观察电流矢量目标轨迹顶点在abc轴上的投影来确定的。所提出的控制器是为三相两电平电压源逆变器(2L - VSI)设计的,并且对于L滤波器和LCL滤波器都能良好工作。还详细讨论了补偿方法,以克服由电流采样有限速率、死区时间、门极驱动电路的传播时间以及系统的其他非理想因素所导致的电流干扰效应。建立了理论基础,并通过实验验证了该方法的有效性。

English Abstract

For a grid-connected inverter, a constant switching frequency hysteresis current control (HCC) technique based on targeted trajectory of current space vector (HCC-TTCSV) is proposed. The harmonic spectrum of inverter line-to-line voltage, produced by the proposed HCC-TTCSV, is ensured to exhibit similar characteristics to that of voltage-controlled conventional seven-segment space vector modulation (SVM) technique. The proposed current controller is a novel one (i.e., first of its kind) that allows the phase currents to be checked with online calculated current boundaries in stationary abc reference frame. Instead of following a current error boundary, phase current boundary check is performed. The phase current boundary values during every seven-segment switching cycle, however, are found out by observing the projections of vertices of targeted trajectory of current vector along abc axes using few trigonometric relations. The proposed controller is designed for three-phase two-level voltage-source inverter (2L-VSI), and it works well for both L filter and LCL filter. Compensation methods to overcome the current distraction effect caused by factors such as finite rate of current sampling, dead time, gate driver circuit's propagation time, and other nonidealities of the system are also discussed in detail. Theoretical background is established, and experimental verification is presented for validation.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文提出的恒定开关频率滞环电流控制技术(HCC-TTCSV)对我们的光伏逆变器和储能变流器产品具有重要的应用价值。该技术创新性地在静止abc坐标系下实现相电流边界检测,相比传统滞环控制方法,能够在保持快速动态响应的同时实现恒定开关频率运行,这直接解决了传统滞环控制开关频率不稳定导致的EMI滤波器设计困难和谐波分布不可预测等行业痛点。

对于阳光电源的产品线,该技术的核心价值体现在三个层面:首先,恒定开关频率特性使得我们的逆变器产品能够优化磁性元件设计,降低系统成本并提高功率密度,这对于大功率集中式光伏逆变器和储能PCS系统尤为关键;其次,论文详细讨论了死区时间、采样延迟等非理想因素的补偿方法,这些工程化处理经验可直接应用于我们产品的控制算法优化,提升电流质量和并网性能;第三,该方法同时适用于L型和LCL型滤波器,为我们不同应用场景的产品提供了统一的控制框架。

从技术成熟度评估,该研究已完成实验验证,但工程化应用仍需关注几个挑战:在线计算电流边界的算法复杂度对DSP/FPGA的计算能力要求较高,需要评估在我们现有硬件平台上的实现可行性;多电平拓扑(如三电平NPC)的扩展应用需要进一步研究;此外,在弱电网和不平衡电网等复杂工况下的鲁棒性还需深入验证。建议将该技术纳入我们的先进控制算法研究路线图,优先在中小功率储能变流器上进行试点应用。