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LCL型并网逆变器的控制技术=Control Techniques for LCLType GridConnected Inverters


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LCL型并网逆变器的控制技术=Control Techniques for LCLType GridConnected Inverters
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  • 书号：9787030438102
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作为可再生能源发电单元与电网之间的能量变换接口，LCL型并网逆变器用来将直流电能转化为高质量的交流电能并馈入电网。本书系统阐述LCL型并网逆变器的控制技术。介绍LCL滤波器的设计、磁集成及谐振尖峰阻尼方法。针对采用电容电流反馈有源阻尼的LCL型并网逆变器，提出电容电流反馈系数和并网电流调节器参数的设计方法，并提出抑制电网电压对并网电流影响的电网电压全前馈策略。针对数字控制LCL型并网逆变器，揭示控制延时对电容电流反馈有源阻尼和系统稳定性的影响，并提出闭环参数设计方法。提出即时采样方法和双采样模式实时运算方法，可减小甚至消除计算延时，进一步提高控制系统的稳定性和鲁棒性。提出虚拟串并联阻抗方法和电网电压加权前馈方法，有效提高弱电网下LCL型并网逆变器对电网阻抗变化的适应能力。介绍基于前置滤波器的锁相环的工作原理，采用复矢量滤波器方法揭示各种前置滤波器的相互关系，并提出动态性能更快的通用二阶复矢量前置滤波器和谐波抑制能力更好的三阶复矢量前置滤波器。
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    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
    1.3LCL型并网逆变器的关键技术4
    1.3.1LCL滤波器设计及其磁集成方法5
    1.3.2LCL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
    2.2.1SPWM控制27
    2.2.2谐波注人SPPM控制29
    2.3LCL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
    2.4LCL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
    3.1LCL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
    4.1LCL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
    5.1LCL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
    5.3.3PWM对闭环参数的约束79
    5.4电容电流反馈系数和PI调节器麵的设计步骤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静止坐标系下三相LCL型并网逆变器数学模型108
    7.1.2办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
    7.2.1a静止坐标系下电网电压全前馈策略113
    7.2.2办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
    8.3.1Nyquist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
    8.4.1LCL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
    8.4.3LCL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人的混叠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
    12.2SRF-PLL工作原理简介224
    12.3基于前置滤波器的SRF-PLL225
    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
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