陳 杰 章新穎 閆震宇 韋 徵 陳 新

基于虛擬阻抗的逆變器死區(qū)補(bǔ)償及諧波電流抑制分析

陳 杰1章新穎1閆震宇1韋 徵2陳 新1

（1. 南京航空航天大學(xué)江蘇省新能源發(fā)電與電能變換重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 211106 2. 國(guó)電南瑞科技股份有限公司 南京 211106）

并網(wǎng)逆變器作為可再生能源發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)之間的關(guān)鍵接口，在控制模式及電能質(zhì)量方面有著較高的要求。間接電流控制逆變器既有較快的電流響應(yīng)，也可實(shí)現(xiàn)并/離網(wǎng)模式的平滑轉(zhuǎn)換。該文以并網(wǎng)逆變器為研究對(duì)象，對(duì)開關(guān)體器件死區(qū)效應(yīng)產(chǎn)生的諧波電流以及電網(wǎng)電壓背景諧波造成的并網(wǎng)電流畸變問題進(jìn)行分析。進(jìn)而提出虛擬并聯(lián)陷波阻抗、串聯(lián)諧振阻抗的改進(jìn)控制策略，有效抑制了因上述兩個(gè)問題引起的諧波電流，顯著改善了并網(wǎng)電流質(zhì)量。仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法的有效性。

間接電流控制逆變器 死區(qū)補(bǔ)償 電壓背景諧波 虛擬阻抗

0 引言

近年來(lái)，為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)與環(huán)境問題，基于可再生能源的分布式發(fā)電技術(shù)得到了廣泛的研究與規(guī)?；瘧?yīng)用。電力電子并網(wǎng)逆變裝置作為可再生能源與電網(wǎng)的關(guān)鍵接口，直接影響乃至決定并網(wǎng)系統(tǒng)的性能（如電能質(zhì)量、動(dòng)態(tài)特性以及穩(wěn)定性能等），成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一[1-2]。

微電網(wǎng)作為今后分布式發(fā)電的有效接入方式，其逆變器控制策略主要有主從控制[3-4]和對(duì)等控制[5-6]兩種。主從控制在孤島時(shí)采用/控制，可以提供電壓和頻率支撐，表現(xiàn)為電壓控制型逆變器（Voltage Controlled Inverter, VCI）；并網(wǎng)時(shí)切換為/控制模式，通過(guò)直接調(diào)節(jié)并網(wǎng)電流，實(shí)現(xiàn)快速的功率調(diào)節(jié)，表現(xiàn)為電流控制型逆變器（Current Controlled Inverter, CCI）。主從控制可對(duì)并網(wǎng)電流的變化快速做出響應(yīng)，但并/離網(wǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)，需要在兩種控制模式之間強(qiáng)制切換，極易引起電流沖擊，甚至可能引發(fā)內(nèi)部環(huán)路振蕩。而對(duì)等控制則可以避免控制模式切換，直接利用下垂控制模擬同步發(fā)電機(jī)的慣性阻尼外特性，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的一次調(diào)頻調(diào)壓。但是，該控制策略為有差調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)能力受儲(chǔ)能模塊限制。因此，為了保證逆變器并網(wǎng)/孤島模式的平滑切換，且同時(shí)具備并網(wǎng)功率的快速調(diào)節(jié)能力。文獻(xiàn)[7-10]提出了一種間接電流控制逆變器（Indirect Current Controlled Inverter, ICCI），采用電流外環(huán)與電壓內(nèi)環(huán)控制并額外引入一條輸出電壓前饋支路疊加至內(nèi)電壓環(huán)指令，使其并網(wǎng)時(shí)表現(xiàn)為CCI特性，離網(wǎng)時(shí)無(wú)需大幅改變控制，可斷開電流外環(huán)利用自身電壓環(huán)保證本地負(fù)載的電壓支撐，實(shí)現(xiàn)平滑切換。

對(duì)并網(wǎng)逆變器而言，除了對(duì)并網(wǎng)/孤島雙模式運(yùn)行的要求外，電能質(zhì)量更是衡量其工作性能的重要指標(biāo)之一。根據(jù)分布式發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)則，逆變器并網(wǎng)電流的總諧波畸變率（Total Harmonic Distortion, THD）應(yīng)不超過(guò)5%。而對(duì)于電力電子裝置，由于受到開關(guān)管電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)和關(guān)斷電流拖尾等自身特性影響[11]，為避免運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)橋臂直通短路，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)中一般設(shè)置死區(qū)，進(jìn)行保護(hù)。受死區(qū)時(shí)間影響，橋臂輸出電壓將含有大量的低頻奇數(shù)次諧波[12]，進(jìn)而造成并網(wǎng)電流畸變，直接影響到并網(wǎng)質(zhì)量。

此外，微電網(wǎng)系統(tǒng)通常不能認(rèn)為是無(wú)窮大電網(wǎng)，且可再生能源發(fā)電系統(tǒng)常出現(xiàn)在離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)的區(qū)域，需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)距離線路進(jìn)行電能輸送，線路阻抗往往較大。而實(shí)際電網(wǎng)中的不平衡、非線性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的諧波電流，進(jìn)而通過(guò)線路阻抗產(chǎn)生諧波壓降，使得公共耦合點(diǎn)（Point of Common Coupling, PCC）存在電壓背景諧波[13-14]。此時(shí)，若逆變器側(cè)的等效輸出串聯(lián)阻抗再表現(xiàn)出低阻抗，則電網(wǎng)中的背景諧波可能會(huì)激勵(lì)出較大的諧波電流，影響逆變器正常運(yùn)行。

根據(jù)上述分析可知，死區(qū)效應(yīng)和電網(wǎng)電壓背景諧波都可能對(duì)并網(wǎng)電流造成不利影響，增大總諧波含量，甚至影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。因此，本文將主要針對(duì)這兩個(gè)問題展開研究。首先，簡(jiǎn)要介紹了逆變器的間接電流控制策略；在此基礎(chǔ)上，對(duì)逆變器的死區(qū)效應(yīng)及背景電壓諧波的影響機(jī)理進(jìn)行深入分析，并給出并聯(lián)、串聯(lián)虛擬阻抗的解決方案，同時(shí)給出具體的補(bǔ)償器設(shè)計(jì)；最后，利用仿真及實(shí)驗(yàn)對(duì)理論部分進(jìn)行驗(yàn)證。

1 間接電流控制

ICCI控制如圖1所示。圖1a給出了ICCI的主電路結(jié)構(gòu)。圖中，dc為三相全橋逆變器直流側(cè)電壓；逆變器橋臂輸出端采用LCL型濾波器結(jié)構(gòu)，f為逆變器側(cè)濾波電感，f為濾波電容，w為網(wǎng)側(cè)電感；為了避免振蕩，在電容支路加入了阻尼電阻c，g為電網(wǎng)阻抗，load為負(fù)載。oabc、gabc分別為輸出電壓及電網(wǎng)電壓；abc及gabc分別為三相電容電流和并網(wǎng)電流。

圖1 ICCI控制

不難看出，ICCI在孤島/并網(wǎng)兩種模式之間切換時(shí)，僅僅是電壓環(huán)的給定值發(fā)生了變化，而整個(gè)電壓電流內(nèi)環(huán)的結(jié)構(gòu)卻保持不變，即電壓環(huán)始終參與工作，從而保證了逆變器輸出可以平滑過(guò)渡。

2 死區(qū)效應(yīng)分析及抑制方法

2.1 死區(qū)效應(yīng)

由于逆變器橋臂開關(guān)管存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)和關(guān)斷時(shí)電流拖尾，為避免運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)橋臂直通短路，通常會(huì)在橋臂上下開關(guān)管的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)中加入死區(qū)時(shí)間。以A相為例，圖2給出了A相橋臂電流路徑。

圖2 A相橋臂電流路徑

由上下橋臂開關(guān)管開通狀態(tài)及A相電流流向，可將逆變器分為四個(gè)工作狀態(tài)。當(dāng)A＞0、A＜0時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)與橋臂中點(diǎn)電壓關(guān)系如圖3所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)信號(hào)與橋臂中點(diǎn)電壓關(guān)系

圖3a中，s為逆變器開關(guān)周期，d為死區(qū)時(shí)間，A為橋臂中點(diǎn)電壓，dt為中點(diǎn)偏離電壓。當(dāng)橋臂輸出電流A＞0，在0～1階段，開關(guān)管Q1導(dǎo)通，橋臂輸出電流經(jīng)過(guò)Q1，橋臂中點(diǎn)電壓A=dc。1時(shí)刻，Q1關(guān)斷，橋臂輸出電流通過(guò)反并聯(lián)二極管VD2，A=0。A＞0，由于橋臂輸出電流不經(jīng)過(guò)Q2，Q2的死區(qū)時(shí)間對(duì)橋臂中點(diǎn)電壓沒有影響。在3時(shí)刻，Q2關(guān)斷，但Q1由于死區(qū)時(shí)間直至4時(shí)刻導(dǎo)通，期間橋臂輸出電流經(jīng)二極管VD2流出，因此3～4期間A=0，中點(diǎn)電壓發(fā)生偏離，dt=dc，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)偏離一次，脈寬為d。

當(dāng)橋臂輸出電流A＜0時(shí)，如圖3b所示，與上述情況類似，Q1死區(qū)時(shí)間對(duì)橋臂中點(diǎn)電壓沒有影響，在3時(shí)刻，Q1關(guān)斷，但Q2由于死區(qū)時(shí)間直至4時(shí)刻導(dǎo)通，期間橋臂輸出電流經(jīng)二極管VD1流出，因此3～4期間A=0，中點(diǎn)電壓發(fā)生偏離，dt=-dc。

故而，可以得到每個(gè)工頻周期內(nèi)中點(diǎn)偏離電壓如圖4所示，對(duì)偏離電壓做傅里葉分析[15]，得到諧波幅值dt的表達(dá)式為

式中，n為諧波次數(shù)?？梢园l(fā)現(xiàn)，Vdt的諧波均為奇數(shù)次諧波，其幅值隨著諧波次數(shù)的升高而減小。由于并網(wǎng)逆變器輸出采用星形聯(lián)結(jié)且三相平衡，因此偏離電壓中3次諧波抵消，只包含5次及以上奇數(shù)頻次諧波，以5、7次諧波含量居多。

而對(duì)于ICCI，LCL濾波器在低頻處的整體阻抗幅值不高，且電容f支路較電感f和w支路而言呈現(xiàn)更大的阻抗，因此，低頻次諧波電壓將在電路中產(chǎn)生諧波電流，且大部分注入電網(wǎng)，造成并網(wǎng)電流的畸變?？梢娪斜匾倪M(jìn)現(xiàn)有的控制策略，以抑制THD。

2.2 死區(qū)效應(yīng)電流諧波抑制

ICCI仍屬于電流控制型逆變器。因此，根據(jù)諾頓等效電路原理，可將其等效為圖5中電流源s與輸出阻抗o并聯(lián)的形式。

圖5 并網(wǎng)ICCI系統(tǒng)等效電路

為防止逆變器橋臂產(chǎn)生的5、7次諧波電壓經(jīng)濾波器而產(chǎn)生并網(wǎng)諧波電流，其中一種方法是在逆變器的輸出阻抗o兩端，通過(guò)控制構(gòu)造出一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)虛擬阻抗[16-18]，加入并聯(lián)虛擬阻抗的并網(wǎng)ICCI等效電路如圖6所示。所構(gòu)造的虛擬阻抗在特定的諧波頻率處的阻抗值很低（即陷波器），間接使得并網(wǎng)電流支路相對(duì)阻抗減小，從而給逆變器因死區(qū)而產(chǎn)生的諧波電流提供新的通路，避免此部分諧波電流注入電網(wǎng)。圖6中，5、7分別為5、7次諧波對(duì)應(yīng)的陷波器虛擬阻抗。

圖6 加入并聯(lián)虛擬陷波阻抗的并網(wǎng)ICCI等效電路

根據(jù)圖1和圖6，可得圖7所示加入并聯(lián)虛擬阻抗后的ICCI控制框圖。由于虛擬阻抗需通過(guò)控制環(huán)路實(shí)現(xiàn)，故而將該圖進(jìn)行等效變換如圖8所示，使得虛擬部分的信號(hào)施加在調(diào)節(jié)器輸入或輸出端。

H()的表達(dá)式為

陷波器虛擬阻抗的表達(dá)式為

式中，為比例系數(shù)；為品質(zhì)因數(shù)；為諧振角頻率。

圖7 加入并聯(lián)虛擬陷波器阻抗的并網(wǎng)ICCI控制框圖

圖8 加入并聯(lián)虛擬陷波器阻抗的并網(wǎng)ICCI等效控制框圖

由于陷波器阻抗與逆變器輸出阻抗使用并聯(lián)方式，為不改變陷波器諧振頻率以外頻段的逆變器阻抗特性，需要陷波器在其余頻段表現(xiàn)為開路，因此應(yīng)取較大值，然而過(guò)大會(huì)導(dǎo)致諧振頻率處陷波器阻抗較高從而無(wú)法為諧波電壓提供有效回路；品質(zhì)因數(shù)值較大時(shí)陷波器在諧振頻率處阻抗較低，但作用頻帶較寬，會(huì)使附近頻段的阻抗幅值均降低，因此，參數(shù)、選取均需折中考慮，這里取=100，=2 000。

3 電網(wǎng)背景諧波的抑制

在第2節(jié)中，為了抑制死區(qū)效應(yīng)引入了并聯(lián)虛擬陷波器阻抗，可以為逆變器自身產(chǎn)生的諧波電流提供旁路。但是，當(dāng)電網(wǎng)電壓環(huán)境不理想即存在諧波成分時(shí)，該虛擬阻抗也為背景諧波提供了低增益通路，將使得諧波電流被明顯放大，影響電能質(zhì)量。

因此，本節(jié)將進(jìn)一步提出特定次串聯(lián)虛擬阻抗方法對(duì)上述問題進(jìn)行優(yōu)化?？梢钥吹剑粼趫D6基礎(chǔ)上，再在并網(wǎng)側(cè)構(gòu)造串聯(lián)諧振阻抗，則可以抑制電網(wǎng)電壓諧波的影響。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，若此時(shí)去除并聯(lián)虛擬陷波器支路，雖然無(wú)法給逆變器提供必要的諧波旁路，但是因?yàn)槟孀兤髟谔囟ù沃C波處的輸出阻抗可以顯著增加，也能夠迫使逆變器因死區(qū)效應(yīng)而產(chǎn)生的諧波電流得到大幅衰減。故而，為了降低控制復(fù)雜度，可以僅采用串聯(lián)虛擬諧振阻抗的方法，其并網(wǎng)ICCI等效控制框圖如圖9所示。此時(shí)，圖7可以改進(jìn)為加入串聯(lián)虛擬諧振阻抗的并網(wǎng)ICCI控制框圖如圖10所示，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的變換，進(jìn)一步得到加入串聯(lián)虛擬諧振阻抗的并網(wǎng)ICCI等效控制框圖如圖11所示。

圖9 加入串聯(lián)虛擬諧振阻抗的并網(wǎng)ICCI等效電路

圖10 加入串聯(lián)虛擬諧振阻抗的并網(wǎng)ICCI控制框圖

圖11 加入串聯(lián)虛擬諧振阻抗的并網(wǎng)ICCI等效控制框圖

由圖11可知，為了構(gòu)造虛擬串聯(lián)諧振阻抗，需要在原有的控制框圖基礎(chǔ)上，增加并網(wǎng)電流前饋支路，通過(guò)與阻抗函數(shù)相乘獲得電壓，并反向疊加到o()上實(shí)現(xiàn)串聯(lián)的效果。需要說(shuō)明的是，這里采取的串聯(lián)虛擬阻抗正好與陷波器阻抗幅相特性相反，即在5、7次諧波頻率處表現(xiàn)為高阻，從直接提高并網(wǎng)電流支路阻抗幅值的角度迫使諧波電流減小。如此，不僅可以解決由于死區(qū)帶來(lái)的內(nèi)部諧波電流問題，還可以避免由于電壓背景諧波造成的交互諧波電流問題，從而改善電流畸變，提高電能質(zhì)量。

4 仿真驗(yàn)證及分析

為了對(duì)以上分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，本節(jié)在Matlab中建立了15kV·A的間接電流控制逆變器仿真模型，針對(duì)死區(qū)效應(yīng)及電壓背景諧波問題對(duì)并聯(lián)/串聯(lián)虛擬阻抗法分別進(jìn)行仿真。模型參數(shù)見表1。

4.1 ICCI并/離網(wǎng)雙模式運(yùn)行驗(yàn)證

為對(duì)間接電流控制并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)/孤島雙模式運(yùn)行能力進(jìn)行檢測(cè)，在仿真中設(shè)置ICCI模式切換運(yùn)行。圖12為ICCI并/離網(wǎng)運(yùn)行全過(guò)程中的并網(wǎng)電流、輸出電壓及電網(wǎng)電壓波形，仿真時(shí)長(zhǎng)1s。系統(tǒng)在0.1s釋放并網(wǎng)控制信號(hào)，進(jìn)入并網(wǎng)預(yù)同步階段；0.27s并網(wǎng)開關(guān)閉合，并網(wǎng)狀態(tài)下運(yùn)行；0.8s切換為離網(wǎng)運(yùn)行。

表1 15kV·A ICCI主要參數(shù)

Tab.1 System parameters of 15kV·A ICCI

由圖12可以看到，系統(tǒng)在并/離網(wǎng)瞬間電流均無(wú)明顯沖擊，且系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性良好，在一個(gè)工頻周期內(nèi)即可進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，表明ICCI具備很好的雙模式平滑切換運(yùn)行的能力。

4.2 陷波器死區(qū)補(bǔ)償驗(yàn)證

加并聯(lián)虛擬陷波器阻抗前的ICCI并網(wǎng)電流如圖13所示。根據(jù)第3節(jié)中的分析，在間接電流控制并網(wǎng)逆變器仿真模型中設(shè)置2ms的橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)死區(qū)時(shí)間，此時(shí)的并網(wǎng)電流波形如圖13a所示?？梢钥吹?，電流出現(xiàn)了明顯畸變。圖13b給出的快速傅里葉變換（Fast Fourier Transformation, FFT）分析顯示，基波的3倍頻在三相平衡時(shí)可以相互抵消，故電流諧波次數(shù)為5, 7, 11, 13, …。其中，又以 5、7次諧波含量最高，是造成并網(wǎng)電流波形畸變的主要頻次諧波，THD達(dá)到5.81%，超過(guò)5%的基本要求。

加入并聯(lián)虛擬陷波阻抗后，并網(wǎng)電流的波形及傅里葉分析結(jié)果如圖14所示?？梢钥吹?，低次諧波含量明顯減少，電流波形正弦度明顯提高，THD降為2.99%，從而驗(yàn)證了該方法在補(bǔ)償死區(qū)效應(yīng)問題上的有效性。

圖14 加并聯(lián)虛擬陷波器阻抗后的ICCI并網(wǎng)電流

此時(shí)，為了分析并聯(lián)虛擬陷波器阻抗在存在電壓背景諧波時(shí)的效果，向電網(wǎng)電壓中注入幅值為6.22V（2%），3.11V（1%）的5、7次諧波電壓模擬非理想電網(wǎng)條件。得到加入并聯(lián)虛擬阻抗前后的并網(wǎng)電流波形分別如圖15和圖16所示。

顯然，當(dāng)電路中同時(shí)存在死區(qū)時(shí)間及電壓背景諧波影響時(shí)，并網(wǎng)電流的畸變程度較高，THD達(dá)到10.06%。而在加入并聯(lián)虛擬陷波器阻抗后，不僅沒有改善并網(wǎng)電流的諧波情況，反而加重了5、7次諧波的影響，THD上升至25.47%。即并聯(lián)虛擬阻抗法雖然對(duì)死區(qū)效應(yīng)帶來(lái)的諧波電流有正面抑制作用，但只在電網(wǎng)電壓條件理想時(shí)有效，在有電壓背景諧波的情況下會(huì)進(jìn)一步惡化并網(wǎng)電流波形。

圖15 電網(wǎng)電壓諧波背景下的ICCI并網(wǎng)電流

圖16 含背景諧波時(shí)加入并聯(lián)虛擬陷波阻抗的并網(wǎng)電流

4.3 含背景諧波時(shí)的串聯(lián)阻抗方法驗(yàn)證

與4.2節(jié)中同樣在電網(wǎng)電壓中注入幅值為6.22V（2%），3.11V（1%）的5、7次諧波電壓，將控制環(huán)路改為僅僅加入虛擬串聯(lián)諧振阻抗，此時(shí)的并網(wǎng)電流波形如圖17所示。對(duì)比僅僅加入并聯(lián)虛擬阻抗的效果，電流THD從原來(lái)的10.06%降為1.79%，得到了明顯的改善。說(shuō)明串聯(lián)虛擬諧振阻抗確實(shí)可以同時(shí)對(duì)死區(qū)效應(yīng)及電網(wǎng)電壓諧波起到很好的抑制作用。

圖17 含背景諧波時(shí)加入串聯(lián)虛擬諧波阻抗的并網(wǎng)電流

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述分析的有效性，搭建了一臺(tái)15kV·A ICCI硬件平臺(tái)。系統(tǒng)參數(shù)與仿真一致，已在表1中給出。

5.1 并/離網(wǎng)雙模式運(yùn)行驗(yàn)證

對(duì)ICCI開展了并/離網(wǎng)切換動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件同仿真，如圖18所示。圖18a為ICCI并網(wǎng)電流及輸出電壓在離網(wǎng)-并網(wǎng)-離網(wǎng)過(guò)程中的波形。圖18b和圖18c分別給出了ICCI在并網(wǎng)和離網(wǎng)切換瞬間的并網(wǎng)電流、輸出電壓波形?？梢钥吹?，ICCI在模式切換過(guò)程中輸出電壓保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)任何突變或振蕩。輸出電流也未見明顯沖擊（并網(wǎng)瞬間由于網(wǎng)側(cè)電感的存在及預(yù)同步模塊并網(wǎng)條件判定限制會(huì)存在小幅的沖擊電流，電流調(diào)節(jié)過(guò)程受到控制器動(dòng)態(tài)性能影響，此處為100ms），很好地實(shí)現(xiàn)了平滑過(guò)渡。

5.2 死區(qū)補(bǔ)償及背景諧波影響抑制驗(yàn)證

上文理論分析及仿真都表明虛擬串聯(lián)諧振阻抗不僅可以對(duì)死區(qū)效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，還可以抑制電網(wǎng)電壓背景諧波的影響。此處，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中設(shè)置同樣的死區(qū)時(shí)間及背景諧波，得到僅僅加入串聯(lián)虛擬阻抗前后的并網(wǎng)電流波形對(duì)比如圖19和圖20所示。

可以看到，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真及理論一致，在采用串聯(lián)虛擬阻抗的條件下的電流波形得到了明顯改善，THD由8.19%降為2.34%，進(jìn)一步證明了該方法的有效性。

6 結(jié)論

本文針對(duì)并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)質(zhì)量問題，以間接電流控制逆變器為對(duì)象著重分析了死區(qū)設(shè)置及電網(wǎng)電壓背景諧波對(duì)逆變器并網(wǎng)電流造成的影響。為了抑制電流諧波，分別提出了并聯(lián)虛擬陷波器和串聯(lián)虛擬阻抗的方法并進(jìn)行對(duì)比。最終發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)虛擬阻抗法雖然可以補(bǔ)償死區(qū)效應(yīng)，但在電網(wǎng)非理想時(shí)會(huì)放大電壓諧波的影響進(jìn)一步惡化并網(wǎng)電流質(zhì)量，而串聯(lián)虛擬阻抗法則可以同時(shí)對(duì)死區(qū)及電網(wǎng)電壓諧波的影響進(jìn)行抑制。最后，通過(guò)仿真及實(shí)驗(yàn)對(duì)理論研究的正確性及可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖20 電網(wǎng)電壓含背景諧波時(shí)加入串聯(lián)虛擬阻抗后的ICCI并網(wǎng)電流實(shí)驗(yàn)波形

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Dead-Time Effect and Background Grid-Voltage Harmonic Suppression Methods for Inverters with Virtual Impedance Control

11121

（1. Jiangsu Key Laboratory of New Energy Generation and Power Conversion Nanjing University of Aeronautics & Astronautics Nanjing 211106 China 2. NARI Group Corporation/State Grid Electric Power Research Institute Nanjing 211106 China）

Grid-connected inverters, as the interface between distributed energy and large power grids, have high requirements in terms of control structure and power quality. Inverters with indirect- current-control has fast power response and can realize the smooth transfer between grid-connected and stand-alone modes. In this paper, the grid-connected current distortion caused by the dead-time effect of the semiconductor devices and the grid-voltage background harmonics are analyzed. Furthermore, specific solutions by adding virtual parallel and series impedance are given to improve the power quality. Simulation and experiments verify the effectiveness of the proposed method.

Indirect-current-controlled inverter (ICCI), dead-time compensation, grid-voltage background harmonics, virtual impedance

TM315

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.200073

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51777095）和南瑞集團(tuán)科技項(xiàng)目“大規(guī)模新能源發(fā)電建模、硬件在環(huán)平臺(tái)構(gòu)建及源網(wǎng)協(xié)同控制技術(shù)”資助。

2020-01-16

2020-03-05

陳 杰 男，1982年生，博士，副教授，研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電和功率電子變換技術(shù)。E-mail: chen_jie@nuaa.edu.cn（通信作者）

章新穎 女，1996年生，碩士研究生，研究方向?yàn)椴⒕W(wǎng)逆變器控制及阻抗分析。E-mail: zhangxinying_99@163.com

（編輯 崔文靜）