虚拟阻抗里的滤波器设计中,设计具有一定的规则。不同滤波器解决不同层面的问题。
1. 在Heric单相机中,一般利用SOGI输出电容电压的dq轴分量后,可采用低通滤波器滤除2倍频波动的分量。
2. 在计算出虚拟阻抗对应的dq叠加量后,可利用高通滤波器阻断稳态直流(必须)。
一、高通滤波器(必须):防止稳态崩溃
1. 为什么需要加?
虚拟阻抗公式 Δi = - (Rv * Ed + Xv * Eq) / |Zv|^2在稳态时会输出一个持续的大电流:
| 场景 | 数值 |
| 电网电压跌落5% | Ed = - 0.05pu,Δi ≈ 0.05 * V / Rv = 0.05 * 230 / 1.1 = 10.5A |
| 电网电压跌落10% | Δi ≈ 21A,超过限幅,限幅一般取额定电流的10% ~ 20% |
上述工况导致:电网电压稍有偏差,虚拟阻抗就会疯狂注入电流去“纠正”,把功率基准完全打乱。
2. 高通滤波器的作用
高通滤波器在稳态下的增益 → 0,动态增益 = 1
这会让虚拟阻抗只在电压变化过程中起作用,一旦进入新的稳态,虚拟阻抗自动退出,不干扰基准功率。
3. 设计原则
| 参数 | 规则 | 典型值 |
| 截止频率f_hp | f_hp << f_pll,避免和PLL打架 | 2 ~ 5Hz |
| 与PLL带宽比 | f_hp / f_hp ≥ | 15 / 3 = 5 |
| 实现方式 | y_hp = x - LPF(x) | 一阶足够 |
离散实现方式:
高通滤波值 = 原始信号 - 低通提取的慢变分量
二、 低通滤波器:提取干净的电压信号
低通在虚拟阻抗里有三个独立用途,别混淆:
1. 用途A:滤除 v_Cd / v_Cq的2倍频波动
单相系统Park变化后,d/q轴含有2倍工频波动(100Hz),若直接用这个含100Hz纹波的信号去算虚拟阻抗,会把纹波放大到电流参考里,造成:
(1) 电流参考含有100Hz振荡
(2) 并网电流THD恶化
(3) 虚拟阻抗“反应过度”
设计方法:在Park滞后,减Vref之前加低通滤波
截止频率选择:要滤掉100Hz,保留 < 10Hz 的动态。
f_lpf = 10 ~ 20Hz是合理这种
太低( < 5Hz)会拖慢虚拟阻抗响应速度
2. 用途B:提取Vref的低通滤波参考
Vref不应该用固定额定值,而应该用低通滤波后的实测电网电压幅值。
这样能够保证:
(1)稳态时Ed → 0,虚拟阻抗不干预
(2)电网电压缓慢变化时,Vref跟着走,虚拟阻抗只在偏离低通滤波趋势时动作
3. 用途三:作为高通的实现手段
一阶高通 = 原始信号 - 低通信号。这里的“低通”不是额外加的滤波器,而是高通结构的一部分。
三、频带隔离原则(核心设计准则)
虚拟阻抗、PLL、电流环必须工作在分离的频带,否则互相打架: