基于状态观测器的LCL滤波器型并网逆变器状态反馈最优化设计_李宾
一种光伏并网逆变器中LCL滤波器的优化控制方法综述
一种光伏并网逆变器中LCL滤波器的优化控制方法综述摘要针对在LCL并网系统中并网电流反馈模式的选取问题，通过分析LCL 滤波系统各电压电流的矢量关系，得出逆变器侧电流反馈模式的存在偏差的原因，进而通过二端口原理对偏差进行校正，推导出电网侧电流反馈模式的修正反馈电流，消除了并网电流偏差，保留了便于控制、稳定性好的优点。
关键词LCL；并网逆变器；反馈前言当今中国大力推行新能源与能源替代，光伏、风电等新兴可再生能源成了关注重点，相关技术也飞速发展。
并网逆变器在新能源并网系统中扮演着至关重要的角色[1]。
其中比例谐振补偿技术和LCL滤波技术在光伏并网逆系中有着性能好且损耗小的有点，引起了众多学者与工程人员的关注并得到了广泛应用，但LCL滤波技术存在高阶系统谐振问题，且不同的并网电流反馈模式对并网系统的影响不同，针对并网电流反馈模式众多学者做了大量的研究，并提出了不同的观点。
单电流回路反馈变量选取一般有两种：逆变器侧电流控制回路反馈变量与网侧电流回路反馈变量。
文献[2]中采用了单逆变器侧电流反馈策略，这种电流反馈模式简单有效，但是不能最直接的反应并网电流文献。
文献[3]提出了一种多电流反馈控制策略，典型代表有逆变器侧电流加电网侧电流反馈模式以及电容电流加电网侧电流反馈模式，但此类模式反馈量较多稳定性不便于控制，动态响应速度慢。
本文提出一种改进的逆变器侧电流反馈模式，通过加入修正算法，既有逆变器侧电流反馈模式的便于控制、稳定性好的优点，又能反映并网电流真实数据，提高并网功率因数。
1 LCL滤波系统适量关系分析在LCL并网逆变系统中，功率变换桥路输出的电能通过网侧电感L2将注入电网，中间并联一个电容支路，如图1所示。
由于电容支路的存在，逆变器侧电流闭环控制策略下系统实际注入电网的电流会与期望电流存在偏差，并且与滤波电容值之间呈正相关。
在逆变器侧在电流闭环控制策略下，逆变器输出电流（I1）、逆变器输出电压（U）、滤波电容电压（Uc）、滤波电容电流（Ic）、逆变器侧滤波电感两端的电压（UL1）、电网侧电流（I2）、电网侧滤波电感两端的电压（UL2）、电网电压（Us）的空间矢量的关系，如图2所示。
并网逆变器LCL滤波器的参数优化设计
并网逆变器LCL滤波器的参数优化设计Huang Yixin;Tang Yafang;Yu Miao;Li Junwei;Mao Guolong【摘要】LCL型滤波器因具有更优的高频谐波衰减性和滤波效果被广泛应用于并网逆变器中,但其参数设计较为复杂.提出了一种新的LCL型滤波器参数优化设计方案,建立以纹波电流最小化、谐波衰减最大化和功率损耗最小化的多个目标优化设计模型.运用熵值权重法转换为单目标优化模型并利用遗传算法对优化模型求解.在MAT-LAB/Simulink中搭建基于LCL滤波器的并网逆变器仿真模型,验证了该优化方案的适用性.与现有方法相比,文中的优化方法在保证滤波效果的前提下,具有更好的谐波衰减性能,抑制纹波的能力及更小的功率损耗.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2019(056)012【总页数】5页(P85-89)【关键词】并网逆变器;LCL型滤波器;遗传算法;参数优化;熵值权重法【作者】Huang Yixin;Tang Yafang;Yu Miao;Li Junwei;Mao Guolong【作者单位】;;;;【正文语种】中文【中图分类】TM4610 引言为解决当下能源匮乏和气候环境变化等问题，以太阳能和风能为代表的可再生能源应用越来越广泛。
而在新能源发电系统中，LCL型滤波器因其更优的高频谐波衰减性和滤波性能而被广泛应用于并网逆变器与电网的接入环节[1]。
然而，由于LCL滤波器参数设计相对繁琐，传统的试凑法很难达到逆变器实现高谐波衰减性能的要求，因此，其参数的选取与优化成为主要的研究热点之一[2-3]。
根据一定的设计经验，文献[4-6]提出LCL 滤波器传统的参数设计方法，通过谐波电流畸变率以及开关电流纹波等条件进行约束设计，该类方法大多是依赖设计经验反复试凑得到合适的设计参数，精确度不够，而且并未考虑参数优化问题。
文献[7]将元件储能最小化作为研究目标来设计滤波器参数，虽然LCL滤波器某一方面的性能得到了较大的改善，但设计过程较为复杂。
基于LCL滤波的并网逆变器的设计
考
资
料
LCL滤波器的三相光伏逆变器双环控制策略 刘飞 殷进军 周彦 段善旭
Vo1.42,No.9 电力电子技术 2008年9月
PWM整流器及其控制 张兴 张嵩巍 机械工业出版社
自查相关中、英文文献
周次
第1～4周
第5～8周
第9～12周
第13～16周
第17～18周
应
完
成
的
内
容
查阅资料
原理分析及参
数设计
主
要
内
容
查阅资料，了解三相并网逆变器的原理及数学模型
并网控制策略的研究
分析LCL滤波器在电路中的应用并与单L、LC滤波器进行对比
系统仿真研究
完成毕业设计论文一篇
系统图折合A0一张
基
本
要
求
直流侧电压为Udc=800V
有功功率为8000w
总谐波畸变率THD〈5%
单位功率因数并网
在设计解决方案中要针对社会、健康、安全、法律、环境及可持续发展的问题进行论证,给出具体的分析和评价
1.2.2
在世界光伏发电产业迅速发展的同时，中国的光伏发电产业也正以每年30%的速度得到快速发展。在光伏电池研究方面，我国光伏电池的研究获得重要进展，目前我国实验室光伏电池的效率已达21%，可商业化光伏组件效率达14%～15%，一般商业化电池效率也已达到10%～13%。在光伏电池生产制造方面，国内光伏电池的年生产能力达到100MW，中国已成为继日本、德国和美国后世界第四大光伏组件制造国。与此同时，我国也积极兴建了大量光伏发电工程。例如投资达750万美元，发电总装机容量达到1兆瓦的深圳国际园林花卉博览园光伏并网发电系统已投入使用；首都博物馆300kW太阳能光伏并网发电系统也已经投入使用。国家体育场(鸟巢)工程投资1000万元，在“鸟巢”的12个主通道上方，安装总装机容量为130千瓦的太阳能光伏发电系统。一项投资l亿元的兆瓦级光伏发电项目也将在上海交通大学风雨操场落成，并将成为亚洲最大的光伏发电站[19]。
基于状态重构准谐振扩张状态观测器的LCL型并网逆变器电流控制策略研究
基于状态重构准谐振扩张状态观测器的LCL型并网逆变器电
流控制策略研究
方健;李辉
【期刊名称】《发电技术》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】LCL型并网逆变器是分布式发电与电网实现能量双向流动的重要装置,其电流控制方法通常需要多个电压电流传感器实现有源阻尼及并网电流控制,而这会增加系统成本。
提出一种基于状态重构准谐振扩张状态观测器的全状态观测系统,只需一个逆变器侧电感电流传感器即可实现对所需状态变量的实时观测。
通过在扩张状态观测器中每个状态变量的观测通道添加准谐振环节,解决传统扩张状态观测器跟踪正弦信号需要高观测器增益问题。
同时,针对在dq轴坐标系下的并网电流控制存在强耦合问题,设计了将耦合项作为总扰动当中一部分的自抗扰电流控制器,简化了传统电流控制当中复杂的解耦过程。
软件数值仿真结果表明,该控制策略表现出良好的观测效果及电流跟踪效果。
【总页数】10页(P170-179)
【作者】方健;李辉
【作者单位】上海电力大学自动化工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.基于状态观测器的LCL滤波器型并网逆变器状态反馈最优化设计
2.单相LCL型并网逆变器的准比例谐振控制
3.基于扩张状态观测器和滑模控制的光伏并网逆变器控制策略研究
4.基于改进扩张状态观测器的并网逆变器控制
5.基于降阶线性扩张状态观测器的风电并网逆变器线性自抗扰控制
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三相并网逆变器LCL滤波特性分析及控制研究
三相并网逆变器LCL滤波特性分析及控制研究一、概述随着可再生能源的快速发展，三相并网逆变器在分布式发电系统中扮演着越来越重要的角色。
由于并网逆变器产生的谐波会对电网造成污染，影响电能质量，滤波器的设计成为了一个关键问题。
LCL滤波器以其良好的滤波效果和较小的体积优势，在三相并网逆变器中得到了广泛应用。
LCL滤波器由电感、电容和电感组成，其特性分析对于优化滤波效果、提高电能质量具有重要意义。
本文将对三相并网逆变器LCL滤波器的滤波特性进行深入分析，包括其频率特性、阻抗特性等，以揭示其滤波机理和影响因素。
为了充分发挥LCL滤波器的优势，对逆变器的控制策略进行研究也是必不可少的。
本文将对三相并网逆变器的控制策略进行探讨，包括传统的PI控制、无差拍控制以及基于现代控制理论的先进控制策略等。
通过对不同控制策略的比较和分析，旨在找到最适合LCL滤波器的控制方法，以提高并网逆变器的性能和稳定性。
本文旨在通过对三相并网逆变器LCL滤波特性的分析和控制研究，为优化滤波效果、提高电能质量提供理论支持和实践指导。
这不仅有助于推动可再生能源的发展，也为电力电子技术的创新和应用提供了新的思路和方法。
1. 研究背景和意义随着可再生能源的快速发展和智能电网建设的深入推进，三相并网逆变器作为新能源发电系统与电网之间的关键接口设备，其性能与稳定性对于电力系统的安全、高效运行至关重要。
在实际应用中，并网逆变器产生的谐波会对电网造成污染，影响电能质量。
为了降低谐波污染，提高电能质量，LCL滤波器因其良好的滤波性能被广泛应用于三相并网逆变器中。
LCL滤波器作为一种典型的无源滤波器，能够有效地抑制并网逆变器产生的高频谐波，降低其对电网的污染。
LCL滤波器的引入也给并网逆变器的控制系统带来了新的挑战。
一方面，LCL滤波器的参数设计需要综合考虑滤波效果和系统稳定性另一方面，由于LCL滤波器固有的谐振特性，如果不加以控制，很容易引发系统振荡，影响逆变器的正常运行。
基于LCL型滤波器的光伏并网逆变器的控制策略研究
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一
基于Ｌ Ｃ Ｌ 型滤 波器的光 伏并 网逆 变器的控制策 略研 究
山东科技 大学信 息与电气工程 学院 李红亮 杨 少辉 苏彦 平 刘 涛 安 彬
【 摘 要 】 光 伏 并 网 逆 变器 的Ｉ （ ： Ｌ型 滤 波 器 与 传 统 的Ｌ型 、 Ｌ（ ： 型 相 比 较 而 言 ， 在 相 同 的 电 感 量 的 情 况 下 ，Ｌ ＣＩ 型 滤 波 器 对 注 入 电 网 的 高 阶 次 谐 波 具 有 更 好 的 抑 制 能 力 ，谐 波 衰 减 十 分 明显 ，但 是 用 Ｌ Ｃ Ｉ 型 滤 波 器 作 为 光 伏 并 网 接 口 ，容 易 产 生 谐 振 尖 峰 ，影 响 整 个 系统 的稳 定 性 。 本 文 主 要对 基 于 Ｌ （ ： Ｌ型 的 光 伏 并 网逆 变 器 的 直 接 转 矩 控 制 策 略 分 析 研 究 ， 提 出 改进 的 基 于 准 直接 功 率 控 制 （ ＤＰ Ｃ） 的控 制 策 略 ，对 Ｌ ｃ Ｌ型 滤 波 器 的 谐 振 问题 进 行 有 效 抑 制 并 且 提 高对 光伏 并 网 电压 电 流 的控 制 能 力 。 【 关键 词 】 光 伏 并 网 ； 谐 波 抑 制 ；Ｌ ＣＬ 型 滤 波 器 ；谐 振
）
二 、直 接功 率 控制 策 略 相 对 基 于 电 流 和 虚 拟 同 步 电 机 控 制 策 略 ，矗接 功 率 控制 具有 更 高 的功 率 因数 ， 更 低 的Ｔ Ｈ Ｄ（ 总 谐 波 畸 变 率 ） ， 以 及 优 良的 动 态 性 能 和 结 构 简 单 等 众 多 优 点 ，从 １ ９ ９ １ 年 Ｔ ｏ ｋ ｕ ｏ Ｏ ｎ ｈ ｉ ｓ ｈ ｉ 提 出 将 直 接 功 率 控 制 应 用 于 对 变 流 器 的控 制 以来 ，逆 变 器 的 直 接 功 率 控 制 受 到 了国 内外 的 学 者 的 广 泛 关 注 。 直 接 功 率 控 制 一 般 采 用 都 是 开 关 矢 量 表查询法 （ Ｌ Ｄ Ｐ Ｃ ） ，开 关 矢 量 表 是 系 统 控 制 的 核 心 ， 所 以研 究 开 关 矢 量 表 是 研 究 直 接 功 率 控 制 的 个 重 要 的 方 向 。有 些 学 者 对 此 也提 出 ＿ 『不 同 空 间划 分 和 优 化 开 关 表 设 计 方 法 ，这 种 对 开 关 表 的 改进 大 大 提 高 了 直 接 功 率 控 制 的 系 统 动 态 性 能 。 然 而 ，Ｌ Ｄ Ｐ Ｃ 开 关 频 率 不 同 定 ，不 利 于 输 出 滤 波 器 的 设 计 。 为 解 决前 面 说 的 问题 ， 人 们 提 出 了 恒 频 直 接 功率控制 ，基于恒频 直接功率控制 的几种方 法 ， 不但 兼 顾 了功 率 调 节 的 动 态 性 ， 又 固 定 了开 关频 率 ， 不 过 这 样 无 法 实 现 对 并 网 电流 的 直 接 控 制 。后 来 又 有 人 提 出 了基 于虚 拟 磁 链 和 有 源 阻 尼 控 制 的 直 接 功 率 控 制 方 法 ，但 是 两 种 控 制 算 法 比较 难 以实 现 ，控 制 起 来 比 较复杂 。 三 、基于 准Ｄ Ｐ Ｏ 光伏 并网 逆变器 的控制 策略 为 此 本 文 提 出 了一 种 基 于 准 直 接 功 率 控 制 （ Ｄ Ｐ Ｃ） 的 光 伏 并 网 逆 变 器 的 控 制 策 略 ， 内环 用 电流 环 进 行 控 制 ，对 并 网 的 电流 进 行 直接 的 控 制 ， 功 率 环 作 为 外 环 ， 直 接 控 制 并 网逆 变 器 的输 出 功 率 ，这 样 系 统 的 控 制 性 能 既 有 了 基 ｆ 电流 控 制 的优 点 ， 又 有 了基 于 直 接 功 率 控 制 的优 良性 能 。控 制 系 统 包 括 对 直 流 母 线 的控 制 环 节 、有 源 功 率 阻 尼 环 节 、 对
基于LCL滤波的单相并网逆变器的设计
基于LCL滤波的单相并网逆变器的设计张朝霞;文传博【摘要】并网逆变器作为发电系统和电网连接的核心装置,直接影响整个并网发电系统的性能,已成为国内外研究的热点.以单相全桥逆变器为研究对象,为更好地减小入网电流的总谐波失真,采用LCL型滤波器,具有更好的高频谐波抑制能力.控制策略使用双电流闭环控制,推导了控制方程,内环控制LCL滤波器中的电容电流,外环控制滤波后的电网侧电流,此控制方法使系统的稳定性和动态性能都得到了很好改善.设计了各元件的取值规则,建立了系统仿真模型,通过Matlab/Simulink仿真,证明了建立的单相并网逆变器可成功实现并网运行.【期刊名称】《上海电机学院学报》【年(卷),期】2019(022)002【总页数】6页(P83-88)【关键词】并网逆变器;滤波器;谐波抑制;双电流环控制【作者】张朝霞;文传博【作者单位】上海电机学院电气学院,上海 201306;上海电机学院电气学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TM464光伏发电和风力发电等新能源并网是能源可持续发展战略的重要问题。
许多国家都积极研发光伏发电、风力发电等新能源并网发电系统[1-4]。
目前，常用的新能源回馈电网的方案为：先把新能源转化成电能；再把电能调节成满足全桥逆变器所需的直流电压；最后由全桥逆变器将新能源回馈到交流电网。
在整个并网系统中，最核心的环节是逆变器，使用正弦脉宽调制逆变技术(Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM)。
这种方案采用了较多模拟环节，且其控制方法也比较落后，就使得并网逆变装置的并网效果不那么理想，使其应用受到限制。
针对并网逆变器技术的探索越来越多，面对以往控制技术的不足，人们提出了很多研究方向。
文献[5]将高速的数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)应用到并网逆变器的控制之中，使用数字控制与模拟控制结合实现理想的控制效果；文献[6]根据各系统情况的不同，采用不同的逆变器拓扑结构，如单相、三相、隔离等，且各结构之间可以进行组合，形成各种不同的形式，来满足更多的需求。
一种光伏逆变器的LCL滤波器设计
一种光伏逆变器的LCL滤波器设计光伏逆变器是将太阳能转换为直流电能后，通过逆变器将其转换为交流电能供电使用的装置。
在光伏逆变器中，LCL滤波器是一种用于抑制逆变器输出电压谐波的重要部件，能够有效地改善逆变器输出波形的品质。
LCL滤波器的设计对于光伏逆变器的性能和稳定性具有重要的影响。
一种光伏逆变器的LCL滤波器设计主要包括滤波器参数的选择和设计方法的确定两个方面。
进行滤波器参数的选择。
然后，确定LCL滤波器的设计方法。
具体步骤如下：在进行光伏逆变器的LCL滤波器设计时，需要首先选择合适的滤波器参数。
LCL滤波器的参数包括电感值、电容值和阻尼电阻值。
在进行参数选择时，需要注意以下几点：1. 电感值的选择：电感值的选择要考虑到逆变器的工作频率和输出功率。
通常情况下，电感值越大，滤波器的谐波抑制能力越强，但是逆变器的损耗也会增加。
在选择电感值时需要综合考虑逆变器的性能和成本，选择一个合适的电感值。
3. 阻尼电阻值的选择：阻尼电阻值的选择是为了防止滤波器谐波振荡。
通常情况下，阻尼电阻值的选择要根据滤波器的电感值和电容值来确定，通过计算得出一个合适的阻尼电阻值。
经过参数选择后，确定LCL滤波器的设计方法。
LCL滤波器的设计包括电感值计算、电容值计算和阻尼电阻值计算三个步骤：1. 电感值计算：根据所选的工作频率和输出功率，通过计算得出一个合适的电感值。
通常情况下，可以根据以下公式进行计算：L = (ZL^2)/ωL为电感值，ZL为要求的输出阻抗，ω为工作频率。
R为阻尼电阻值，L为电感值，C为电容值。
经过以上步骤，就可以完成LCL滤波器的设计。
在实际设计过程中，还需要根据具体的光伏逆变器的参数和工作条件进行优化设计，以确保滤波器的性能和稳定性。
一种光伏逆变器的LCL滤波器设计包括滤波器参数的选择和设计方法的确定两个方面。
在设计过程中，需要综合考虑逆变器的工作频率、输出功率、谐波抑制能力和动态性能等因素，以选择合适的滤波器参数，并根据电感值计算、电容值计算和阻尼电阻值计算三个步骤确定LCL滤波器的设计方法。
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LCL-filter in grid-connected inverter has a better attenuation on switching hree order system, its resonance is difficult to be suppressed using traditional control strategy. This paper, based on an improved discrete state space model and improved discrete state space observer, proposes a method using optimized pole placement theory to achieve the best damping effect of the whole system, which improves the dynamic response of the system without additional sensors. Furthermore, the influence of closed-loop poles on the placement of observer’s poles, as well as the range within which the observation feedback is stable and the impact of system parameters are discussed. A 10kW grid-connected inverter with LCL-filter prototype is set up to verify the effectiveness and robustness of the proposed control strategy and observer configuration. Keywords： LCL-filter, gird-connected inverter, discrete state space model, pole placement, state observer 式发电（ Distributed Generation, DG）中占据越来越 多的份额 [1-3]。 这些新能源都要通过并网逆变器来向电网馈 能。并网逆变器一般采用脉冲宽度调制（ Pulse Width Modulation, PWM ）下的电流型控制，因此会有很 多含有高频谐波的电流进入电网，影响电网质量。 为了滤除高频电流，通常要在逆变器与电网之间加
2014 年 6 月 第 29 卷第 6 期
电 工 技 术 学 报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.29 Jun.
No. 6 2014
基于状态观测器的 LCL 滤波器型 并网逆变器状态反馈最优化设计
李 宾 姚文熙 杭丽君 吕征宇
杭州 310027） （浙江大学电力电子国家专业实验室 摘要
入电感。相对于传统的 L 型滤波器，LCL 滤波器通过 电容支路提供高频旁路从而显著衰减流入电网电流
第 29 卷第 6 期
李
宾等
基于状态观测器的 LCL 滤波器型并网逆变器状态反馈最优化设计
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的高频分量，因此被广泛使用于大功率设备 [4-6]。但 由于 LCL 本身存在谐振， 在实际的控制过程中需要 阻尼来抑制其谐振。传统的阻尼方法一般是在电感 或电容上串联电阻（ Passive Damping, DP ） [7,8]。但 是这种方法不仅增大了系统的损耗，还削弱了 LCL 滤波器的性能 [8] 。为了解决这一问题，许多学者提 出 通 过 不 同 的 控 制 方 式 进 行 有 源 阻 尼 （ Active Damping, AD ） [8-17] 。文献 [9-12]分别利用电容电压 和电容电流反馈进行阻尼；文献 [13] 则提出了一种 基于虚拟电阻（ virtual resistor ）的解决方案。但是 这三种方法都要增加传感器的数量，增加了系统成 本。文献 [8]通过加入 A-D 模块来改善系统的性能； 文献 [14, 15]则提出了一种分裂电容的方法，通过采 集两个电容之间的电流进行阻尼。虽然这两种方法 在不增加系统成本的前提下达到了阻尼 LCL 谐振 的效果， 但对于系统的动态响应却没有明确的改善， 而且对 LCL 参数要求很高。 相对于前述几种使用传 统伯德图理论的分析，极点配置理论 [18]能够更好的 解释系统的动态性能，因此一种基于状态空间的极 点配置方法被提了出来
Optimized Design of State Variable Feedback of Grid-Connected Inverter with LCL-Filter Based on State Observer
Li Bin Yao Wenxi Hang Lijun Lü Zhengyu Hangzhou 310027 China ） （ National Laboratory of Power Electronics Abstract Zhejiang University
新能源用电力电子技术科技创新团队资助项目 (2010R50021) 。 收稿日期 2012-03-20 改稿日期 2013-07-06
1
引言
当今社会，化石燃料燃烧造成的环境污染以及
非可再生资源的不断消耗所带来的能源危机，使得 可再生能源的开发变得非常重要。风能、地热能、 燃料电池以及太阳能等新能源不断兴起，并在分布
LCL 滤波器对开关纹波有更好的抑制效果。但由于是三阶系统，传统的控制方法很难
对其产生的谐振峰进行抑制。本文在建立改进型离散状态空间方程和改进型观测器的基础上，利 用观测值反馈，通过极点配置实现了整个系统的最佳阻尼，在不增加传感器数量的同时明显改善 了系统的动态响应。在理论上分析了闭环极点对状态观测器极点配置的影响、状态观测值反馈的 稳定范围以及系统参数变化对稳定性的影响。最后在 10kW 并网逆变器样机上证实了所提出的方 案对系统动态和稳态效果的改善，验证了所提出方案的可行性和可靠性。 关键词： LCL 滤波器 并网逆变器 离散状态空间模型 极点配置 状态观测器 中图分类号： TM76; TM464