LCL滤波并网逆变器的电流控制技术研究综述
基于LCL滤波的光伏并网逆变器电流滞环控制概要
基金项目:国家自然科学基金项目(50667002;新疆大学青年科研启动基金(QN070136定稿日期:2009-03-26作者简介:戴训江(1974-,男,新疆昌吉人,博士生,研究方向为光伏并网发电技术及电能质量分析和控制。
1引言太阳能光伏发电是最有发展前景的可再生能源技术,是当今光伏电源应用的主要研究领域,并网逆变器是研究的核心。
为了对系统状态和运行模式进行仿真研究,建立了光伏模块数学模型。
光伏模块电气参数是环境条件如温度和光照强度的函数,光伏模块的输出电压和电流受环境温度、太阳辐射强度和负载变化的影响,因此并网逆变器的运行特性和动态响应亦需要考虑温度和光照强度变化的影响。
为使光伏变换器最大化地将电能传输到电网,采用改进的电导微增量算法(Incremental Conduc -tance Algorithm ,简称ICA 。
该算法具有控制精确,响应速度快的特点。
目前,光伏逆变器主要的发展趋势是通过LCL 滤波器并入电网。
LCL 并网过程中会引起LC 支路谐振,使注入电网的电流发生振荡,影响系统稳定性,必须采取有效的阻尼方法加以抑制。
基于单级无变压器的并网逆变器拓扑结构,构建了光伏阵列、单相全桥PWM 逆变器、三阶T 形滤波器和电网主电路,将最大功率跟踪(MPPT 控制算法和有源阻尼算法集成在电流滞环控制系统中[1],以实现功率的最大传输,抑制LCL 滤波器的自然谐振,提高系统稳定性。
利用数字仿真平台对光伏并网逆变器的主电路系统和控制系统进行了仿真。
结果表明,在电流滞环跟踪控制的作用下,并网逆变器注入电网的电流与电网电压同相,功率因数接近1,并消除了LCL 滤波的谐振问题。
2系统建模2.1单相光伏并网拓扑结构图1示出单相光伏并网逆变器通过LCL 滤波器并入电网的系统拓扑结构,控制系统为集成的统一控制系统。
基于LCL 滤波的光伏并网逆变器电流滞环控制戴训江,晁勤(新疆大学,新疆乌鲁木齐830008摘要:并网型逆变器是太阳能光伏并网发电的关键部件,提出的光伏并网逆变器通过LCL 滤波器并入电网,采用非线性的电流滞环控制策略,建立光伏模块和LCL 滤波器的数学模型,将基于电导增量算法的最大功率跟踪(MPPT 控制和有源阻尼算法集成在滞环控制系统中,实现了光伏模块最大功率输出,并有效抑制了LCL 滤波器的自然谐振。
LCL滤波三电平并网逆变器有源阻尼控制
LCL滤波三电平并网逆变器有源阻尼控制关键字：LCL滤波三电平逆变器1 引言随着能源枯竭和环境污染问题的曰益严峻，各国对绿色能源的渴求越来越紧迫，使得光伏并网系统得到了空前发展。
并网逆变器作为连接电池板与电网的核心设备，不仅要完成直流到交流的电能转换，而且要满足各电网公司对并网电能质量提出的要求，其中对电流谐波分量及总谐波畸变率的规定相对严苛。
然而，并网逆变器通常采用高频PWM的电流源控制，会导致并网电流中含有高次谐波。
由于LCL滤波器较L滤波器对高频谐波有更好的衰减特性，因此在光伏并网系统中得到广泛应用。
2 原理与设计2．1 LCL滤波三电平并网逆变器图1为基于LCL滤波的二极管箝位型三电平并网逆变器拓扑结构。
由于在桥臂相电压中含有3个电平，故可输出比传统两电平拓扑更平滑的线电压波形，从而在相同滤波电感量下可得到谐波含量更小的并网电流。
在三电平并网逆变器拓扑中，逆变桥通过LCL滤波器连接到电网，使高频谐波分量衰减更快，进一步改善并网电流质量。
2．2 LCL滤波器有源阻尼控制根据理论分析，可得网侧电流与逆变器桥臂电压函数关系的波特图见图2。
LCL滤波器参数：Ls=1．5 mH，Lt=2 mH，C=25μF；L滤波器参数：L=3．5 mH。
可见，LCL滤波器较L滤波器有更好的高频衰减特性，但却存在谐振问题，会使谐振点附近谐波含量增加，严重时将造成系统不稳定。
为了抑制LCL滤波器的谐振，在工程中通常给电容支路上串联或并联一定值的电阻，利用电阻的阻尼作用来稳定系统。
这种方法简单可靠，不用改变算法，但由于阻尼电阻损耗的存在，会使系统效率有所下降。
另一种方法是通过算法来抑制谐振的有源阻尼控制，如在控制闭环中采用虚拟电阻、超前滞后环节、双带通滤波器、电容支路电压高频分量、遗传算法、虚拟阻尼功率等方法亦可达到抑制效果，并且不会引起系统额外的损耗。
由于虚拟电阻有源阻尼控制法物理意义明确，易于实现，因此得到了一些应用。
1428-LCL型并网逆变器电容电流前馈补偿控制策略研究-无摘要
(1)
为逆变器侧输出的 dq 坐标系下三
表 1 逆变器参数 参数 有功功率 p 电网相电压 有效值 E 直流电压 Udc 数值 3.5Kw 220V 650V 参数 采样频率 fsw 开关频率 fk 电网电压频 率f 数值 6KHz 3KHz 50Hz
代入数据可得 L≤0.089184。 等效单电感时，不仅要考虑滤波电感的功率损耗 及控制时的快速电流跟踪，还需要抑制变换器在开关 频率处的谐波，参考电流脉动允许值的要求[2]，按式 （5）进行设计
滤波器中的电容的电压； Lg 为 LCL 滤波器的网侧电感， 其中 Rg 为电感的寄生电阻； Li 为 LCL 滤波器的变换器 侧电感，其中 Ri 为电感寄生电阻； C f 为 LCL 滤波器的 滤波电容，其中 R f 为阻尼电阻，能有效的避免出现零 阻抗谐振点； VT1~6 为变换器的开关器件；Cdc 为直流 侧电容；u dc 为直流侧输入电压；iin 为直流电源输入电 流；idc 为变换器的支流输入电流。
50
Magnitude (dB)
Bode Diagram
10 f ≤ f res ≤ 0.5 f k
1 2π Li + Lg Li Lg C f
(6)
0 -50 -100 0
LCL L
其中
f res =
L LCL
3
Frequency (rad/sec)
Phase (deg)
-90 -180 -270 2 10
式中
s2 + Ls[ s +
2
Rf
Lg ( Li + Lg ) R f Lg Li
，ω
2 res
s+
1 Lg C f s+ Li + Lg Lg Li C f ]
LCL型并网逆变器的控制技术
目录分析
在控制技术方面，该书首先介绍了并网逆变器控制技术的分类，包括间接电流控制和直接电流控 制。其中，间接电流控制又分为基于稳态模型的控制和基于动态模型的控制，直接电流控制则分 为基于PWM的控制和基于SPWM的控制。在此基础上，该书详细阐述了各种控制技术的原理、实现 方法以及优缺点。
该书还介绍了LCL型并网逆变器的设计方法，包括滤波器的设计、功率开关的选择、控制电路的 实现等。同时，通过实验验证了所提出控制技术的有效性和优越性。
LCL型并网逆变器的控制技术
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
控制
逆变
通过
并网
系统
lcl
输出
并网
技术
控制 技术电能Biblioteka 逆变策略实现
实验
研究
应用
光伏
内容摘要
内容摘要
本书旨在深入探讨LCL型并网逆变器的控制技术，旨在揭示其控制策略和相关实现方法。LCL型并 网逆变器作为一种重要的电力电子设备，在光伏发电等领域具有广泛的应用，因此对其控制技术 的深入研究具有重要的实际意义和价值。 在光伏发电系统中，LCL型并网逆变器的作用是将光伏电池输出的直流电能转化为交流电能，并 输送到电网中。其控制技术的核心是通过调节逆变器输出的电压和电流，以满足电网的需求，同 时保证系统的稳定性和可靠性。 针对LCL型并网逆变器的控制技术，本书从理论和实验两个方面进行了深入研究。本书提出了一 种基于间接电流控制的LCL型并网逆变器控制策略，通过调节逆变器输出电压的幅值和相位，实 现对电流的间接控制。本书设计并实现了一种基于滤波器优化的LCL型并网逆变器控制策略，旨 在减小系统谐波含量，提高电能质量。
LCL型有源电力滤波器并网电流控制研究
工业仪表与 自动化装 置
・１ Ｏ ９・
ＬＣ Ｌ 型 有 源 电 力 滤 波器 并 网 电 流 控 制 研 究
魏学 良 ， 宫瑞冰 ， 王 举
（ １ ． 中国石 油大 学（ 北 京 ）地球 物理 与信 息 工程 学 院 ， 北京 １ ０ ２ ２ ４ ９ ； ２ ． 中原 油 田分公 司天然 气处理 厂 ， 河南 濮阳４ ５ ７ １ ６ ２ ）
摘要 ： Ａ Ｐ Ｆ的控 制 关键 就是 对 输 出电流 及 直流侧 电压 进 行控 制 ， Ｌ， Ｌ Ｃ型 并 网的并 网 电流 由 于
开关频 率 受限 ， 并 网 电流 含有 较 大 的 开 关频 率 附近 的谐 波 电流 ， 同时 滤 波 电 感过 大导 致 设备 体 积
大， 成本高， 并影响并网控制的动态性能。Ｌ Ｃ Ｌ型滤波器有着更好的效果， 该文就 Ｌ Ｃ Ｌ型滤波器 Ｐ Ｉ 控 制 的稳 定性 ， 内电感 电流跟踪 特 性 ， 并 网电流跟 踪 特 性和 电 网 电压抑 制 特性 进 行 了深入 研 究 ， 得
（ １ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆＧ ｅ ｏ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆＰ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ２ ２ ４ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｇ ａ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ｆＺ ｏ ｈ ｏ ｎ ｇ ｙ ｕ ａ ｎ Ｏ ｉ Ｍｅ ｌ ｄ ，Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｐ ｕ ｙ ａ ｎ ｇ ４ ５ ７ １ ６ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
LCL型并网逆变器的系统稳定性和并网电流质量改善(PDF 109页)
LCL滤波器谐振尖峰的阻尼方法的结论
与L滤波器相比，LCL滤波器具有更好的高频谐波抑制效果; LCL具有谐振尖峰，且在谐振频率处存在180的相位跳变，这容易导致系 统不稳定。 在滤波电感或滤波电容上串联或并联电阻均可以阻尼谐振尖峰。其中，在 滤波电感（包含逆变器侧和网侧电感）上串联电阻会降低低频增益，导致 直流电压利用率降低；在滤波电感上并联电阻和在滤波电容上串联电阻会 消弱高频谐波抑制能力；在滤波电容上并联电阻可以有效阻尼谐振尖峰， 且对低频增益和高频谐波的抑制影响较小。 电容电流反馈有源阻尼相当于在滤波电容上并联一个虚拟电阻，不仅实现 谐振尖峰的阻尼作用，且不存在实际电阻的损耗。
2015-11-06 中国电源学会第21届学术年会技术讲座 2
报告内容
1. 研究背景 2. LCL滤波器谐振尖峰的阻尼方法 3. LCL型并网逆变器的闭环参数设计 4. 提高并网电流质量的电网电压全前馈方法 5. 数字控制LCL型并网逆变器 6. 减小数字控制延时的方法 7. 提高LCL型并网逆变器对电网阻抗鲁棒性的虚拟串 并联阻抗方法 8. 结论
50 0 −50
影响低频段
−100 −150 0 −90 −180 −270 −360 10
影响高频段
RL12= ∞ Ω RL12=10 Ω RL12=1 Ω 102 103 104 Frequency (Hz) 105
2015-11-06
中国电源学会第21届学术年会技术讲座
10
L2串联或并联阻尼电阻
2015-11-06 中国电源学会第21届学术年会技术讲座 3
可再生能源的应用
Wind
Solar 能源危机
并网逆变器输出电流滞环跟踪控制技术研究
并网逆变器输出电流滞环跟踪控制技术研究1. 本文概述随着可再生能源在全球能源结构中占据越来越重要的位置，如何高效地将这些能源并入电网成为了一个亟待解决的问题。
并网逆变器作为连接可再生能源与电网的关键设备，其性能直接影响到整个系统的稳定性和效率。
在众多并网逆变器控制技术中，输出电流的精确控制尤为重要，它不仅关系到电能质量，还影响到电网的稳定运行。
本文旨在深入研究并网逆变器的输出电流滞环跟踪控制技术。
本文将介绍并网逆变器的基本原理及其在电力系统中的作用。
接着，将详细阐述滞环跟踪控制技术的理论基础和关键优势，包括其在抑制谐波、提高系统响应速度和稳定性方面的贡献。
本文还将探讨该技术在实际应用中可能遇到的挑战和解决方案，以及如何通过优化算法进一步提升控制性能。
通过对现有文献的综述和理论分析，结合仿真实验和实际案例研究，本文期望为并网逆变器的控制技术提供新的见解，并为相关领域的研究者和工程师提供实用的参考和指导。
2. 并网逆变器基本原理并网逆变器是一种电力电子设备，它的主要功能是将直流电（DC）转换为交流电（AC），以便与电网系统并联运行。
在太阳能光伏系统、风力发电系统以及其他可再生能源系统中，逆变器是不可或缺的核心组件。
逆变器不仅负责电能的转换，还需要确保输出电流与电网电压同步，以实现有效的能量交换。
并网逆变器的工作原理基于开关电源技术，通过高频开关器件的快速开关动作，将直流电源转换成具有一定频率和幅值的交流电。
这些开关器件通常由晶体管、IGBT（绝缘栅双极晶体管）或其他半导体器件构成。
逆变器内部的控制系统根据电网电压的实时信息，调节开关器件的工作状态，以实现对输出电流的精确控制。
为了确保逆变器的输出电流能够与电网电压保持同步，通常采用一种称为“滞环控制”的技术。
滞环控制是一种简单而有效的电流控制策略，它通过设定两个电流幅值的界限（滞环上下界），来控制开关器件的导通和关断。
当输出电流超过上限时，逆变器会调整开关状态以减小电流当电流低于下限时，逆变器则会增加电流。
LCL型单相光伏并网逆变器控制策略的研究
LCL型单相光伏并网逆变器控制策略的研究一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源的利用和开发受到了越来越多的关注。
其中，太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，具有广阔的应用前景。
单相光伏并网逆变器作为太阳能光伏发电系统的核心设备之一，其控制策略的研究对于提高光伏发电系统的效率和稳定性具有重要意义。
本文旨在研究LCL型单相光伏并网逆变器的控制策略，以期在提升逆变器性能、优化系统运行方面取得突破。
本文将介绍LCL型单相光伏并网逆变器的基本结构和工作原理，为后续控制策略的研究奠定基础。
本文将重点分析LCL型逆变器的控制策略，包括最大功率点跟踪（MPPT）控制、并网电流控制、无功功率控制等。
在此基础上，本文将探讨如何通过优化控制策略，提高逆变器的效率和稳定性，实现光伏发电系统的优化运行。
本文还将对LCL型单相光伏并网逆变器的并网电流质量、电网适应性等关键问题进行深入研究。
通过理论分析和实验验证，本文将提出一种有效的控制策略，以提高逆变器的并网电流质量，增强其对电网的适应性。
本文将总结研究成果，并对未来的研究方向进行展望。
通过本文的研究，期望能为LCL型单相光伏并网逆变器的控制策略优化提供理论支持和实践指导，推动光伏发电技术的持续发展。
二、LCL型单相光伏并网逆变器的基本原理LCL型单相光伏并网逆变器是一种高效、可靠的电力转换设备，其核心功能是将光伏电池板产生的直流电能转换为交流电能，并使其与电网的电压和频率同步，从而实现对电网的并网供电。
这种逆变器的主要组成部分包括光伏电池板、直流侧电容、LCL滤波器、功率变换器以及控制系统。
在LCL型单相光伏并网逆变器中，LCL滤波器发挥着至关重要的作用。
它由两个电感（L）和一个电容（C）组成，能够有效地滤除功率变换器产生的谐波，提高并网电流的质量。
LCL滤波器的设计需要综合考虑滤波效果、系统成本以及动态响应能力等因素。
功率变换器是逆变器的核心部件，负责将直流电能转换为交流电能。
LCL型并网逆变器双闭环控制方法的研究
LCL型并网逆变器双闭环控制方法的研究杜志华【摘要】在并网逆变器中,LCL滤波较L滤波具有更好的滤波效果,但LCL型并网逆变器为三阶系统,在谐振频率处存在谐振尖峰,易发生谐振,采用入网电流直接闭环控制很难抑制谐振尖峰.采用电容串联电阻的无源阻尼方法,能抑制阻尼,但损耗较大.针对该情况,提出并网电流瞬时值外环,电容电流瞬时值内环的双环控制方法.在理论方面详细分析了电容电流内环能够抑制谐振尖峰,提高系统稳定性,入网电流外环能够实现对入网电流的直接控制.通过仿真和实验,结果表明该方法能够有效抑制电网电流谐振,提高并网电流的稳态控制精度.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2015(030)009【总页数】5页(P37-40,43)【关键词】LCL滤波器;并网逆变器;电流双闭环;电容电流反馈【作者】杜志华【作者单位】煤炭工业太原设计研究院,山西太原030001【正文语种】中文【中图分类】TM464引言随着世界经济的迅猛发展，世界各国对能源需求急剧增长，导致以煤、石油、天然气为主的传统能源面临枯竭，而以太阳能、风能、生物能为主的可再生能源清洁无污染，只要合理利用就能够满足全球50%的能源需求。
并网逆变器是新能源并网的接口装置［1－2］，将可再生能源转换为电网能接纳的电能。
理想的入网电流是完美的正弦波，较低的总谐波失真（total har monic distortion，T HD）是并网逆变器控制所追求的目标。
为了降低入网电流的T HD，逆变器拓扑需包含滤波环节。
并网逆变器滤波器一般有L和LCL两种类型［3－6］。
单L滤波器结构简单，控制容易，但高频谐波衰减能力不强；LCL滤波器对高频分量呈高阻抗，能够很大地衰减高频谐波电流，但该系统为三阶系统，存在谐振峰，对系统的控制策略提出更高的要求。
采用单环入网电流直接来对并网逆变器进行控制，系统存在谐振尖峰，导致系统不稳定［7－8］。
电容两端串联电阻的方法，可以有效抑制谐振尖峰，但降低了滤波器的高频滤波效果，增加了系统的损耗［9］。
基于LCL滤波器的三相三线并网变流器若干关键技术研究
基于LCL滤波器的三相三线并网变流器若干关键技术研究一、本文概述随着可再生能源的快速发展，三相三线并网变流器在电力系统中的应用日益广泛。
作为连接可再生能源发电系统与电网的关键设备，并网变流器的性能直接影响到电力系统的稳定性和电能质量。
在并网变流器的设计中，滤波器的作用至关重要，它能有效滤除谐波，提高电能质量。
其中，LCL滤波器以其良好的滤波效果和较小的体积优势，在三相三线并网变流器中得到了广泛应用。
本文旨在深入研究基于LCL滤波器的三相三线并网变流器若干关键技术，包括LCL滤波器的设计优化、并网变流器的控制策略、系统稳定性分析等方面。
通过对这些关键技术的探讨，旨在提高三相三线并网变流器的运行效率，优化其性能，以更好地适应可再生能源接入电网的需求。
本文还将结合实际应用案例，分析LCL滤波器在三相三线并网变流器中的实际应用效果，为相关领域的研究和应用提供参考。
在接下来的章节中，本文将详细介绍LCL滤波器的设计原理和方法，分析不同控制策略对并网变流器性能的影响，以及探讨提高系统稳定性的有效措施。
通过理论分析和实验研究，本文将为三相三线并网变流器的优化设计和运行控制提供有益的指导和建议。
二、LCL滤波器的基本原理和特性LCL滤波器是一种在电力电子系统中广泛应用的无源滤波器，主要用于改善并网变流器的电流波形质量，降低电网谐波污染，并提高系统的功率因数。
其基本结构由电感（L）、电容（C）和另一个电感（L）串联组成，因此得名LCL滤波器。
LCL滤波器的工作原理主要基于电感对电流变化的阻碍作用和电容对电压变化的缓冲作用。
在并网变流器工作时，LCL滤波器能够吸收和滤除由逆变器产生的高频谐波，使得输出的电流更加接近正弦波，满足电网对电流质量的要求。
滤波效果好：LCL滤波器的高频滤波性能优于传统的L滤波器，能有效滤除逆变器产生的高次谐波，提高并网电流的波形质量。
谐振问题：LCL滤波器存在一个固有的谐振频率，当系统频率接近这个谐振频率时，可能会导致滤波器失效，甚至对系统造成损害。
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第4期2012年7月电源学报JournalofPowerSupplyNo.4July.2012
谢少军袁许津铭(南京航空航天大学自动化学院袁江苏南京210016)
摘要院并网逆变器是新能源发电尧微电网等与大电网之间的接口电路袁其进网电流质量控制是关键技术之一遥LCL滤波的并网逆变器可有效地抑制进网电流中的开关频率次谐波电流袁但其高阶属性导致的谐振问题易使进网
电流发生振荡而控制困难袁是目前各国学者广泛研究的课题遥针对LCL滤波并网逆变器的电流控制技术袁从滤波器谐振现象及其抑制策略尧电流准确跟踪控制以及电网适应性等方面分析并评述了现有的典型控制方案遥最后袁指出了LCL滤波并网逆变器电流控制需要进一步研究的问题遥关键词院LCL滤波器曰并网逆变器曰电流控制曰综述中图分类号院TM46文献标志码院A文章编号院2095-2805渊2012冤04-0001-07
收稿日期院2012-06-18基金项目院国家自然科学基金资助项目(51077070)曰江苏省科技支撑计划资助项目(BE2010188)遥作者简介院谢少军渊1968-冤袁男袁博士袁教授袁博士生导师袁中国电源学会常务理事遥
随着新能源分布式并网发电的蓬勃发展袁并网逆变器作为关键设备获得了广泛的关注遥文献[1]整理并分析了网侧变换器控制中面临的主要问题袁涉及到直流侧电压控制尧锁相环尧滤波器尧低谐波电流控制等遥其中袁网侧电流的谐波抑制问题是近些年的研究热点遥逆变器的脉宽调制(PWM)产生大量的开关频率次谐波袁为实现低谐波的进网电流袁需要采用适当的进网电流谐波抑制滤波器遥通常采用的滤波器包括L型或者LCL型滤波器[2,3]遥也有文献研
究了一些新型的滤波器袁如文献[4]中提出的一种新型的基于LCL的改进滤波器袁通过在滤波器电容支路构造了开关频率次谐波陷阱实现更好的开关纹波抑制遥综观已有的文献袁LCL滤波器(包括其改进型)可以实现高效的开关频率谐波抑制袁降低滤波器体积重量袁具有较好的应用前景袁但其电流控制技术仍处于探讨中遥首先袁LCL滤波器的谐振现象易使系统发散遥由于LCL滤波器具有同L滤波器相似的低频响应特性袁有学者尝试将L型滤波并网变流器的电流控
制技术应用于LCL滤波并网变流系统[5~8]遥虽然L型滤波并网逆变器中进网电流直接闭环控制可以实现低谐波尧单位功率因数并网袁但是袁LCL型并网逆变器中进网电流采用单闭环控制时袁系统带宽同谐振频率次谐波抑制难以兼顾袁对系统的闭环设计提出了较高的要求袁否则可能会导致产生大量电流谐波袁甚至导致变流器不能稳定工作遥为抑制滤波器的谐振问题袁一种简单有效的方案是在滤波器中串联或并联电阻[2]袁即采用无源阻
尼技术袁但相应的损耗以及对高频谐波抑制能力的削弱使得无源阻尼技术并不能令人满意遥为此袁通过采用适当的控制算法抑制滤波器谐振问题的技术袁即有源阻尼技术袁获得了广泛的关注遥典型的有源阻尼技术包括院基于模型降阶的闭环控制[9~11]尧基
于串联滤波器的控制方法[7,12,13]尧通过信号流图变换
将阻尼电阻转移到控制回路的方法[14]尧电容电流比
例内环控制[15~20]尧基于电容电压的反馈的控制[21,22]尧
变换器侧电感电压反馈[23]尧网侧电感电压反馈控制[24]以及多变量的状态反馈法[25,26]等遥
其次袁并网变流器的电流跟踪性能也是一个重要的关注点袁尤其是在电网电压失真的情况下遥主要包括两个方面院基波电流的跟踪以及谐波电流的抑制遥综观现有的文献袁L型并网逆变器的电流跟踪控制方法已获得广泛的研究且较为成熟袁各国学者均在尝试将其应用于LCL型并网逆变器中遥电源学报总第42期(b)电流幅频特性图1LCL滤波并网逆变器结构及电流幅频特性
此外袁众多文献研究表明袁在强电网条件下袁现有的电流控制技术可实现比较令人满意的效果遥但是并网系统实际工作中袁一方面袁由于大量的新能源分布式发电的接入尧较长的传输线路尧变压器等的影响袁从公共耦合点渊PCC冤看去袁实际的电网呈现感性袁且通常呈现较大的感抗袁对电流控制提出较大的挑战曰另一方面袁电网故障情况下的低电网电压穿越能力也是并网逆变器控制中面临的关键问题遥本文按照上述思路对LCL并网逆变器的电流控制技术进行讨论袁主要涉及LCL滤波器谐振现象及其抑制方案的分析归纳袁在此基础上简述电流跟踪控制尧电网适应性研究现状遥需要说明的是袁由三相电网不平衡带来的锁相以及电流控制等的特殊性问题本文不做详细分析遥图1所示的单相LCL滤波器袁由逆变器侧电感L1尧滤波电容C1和网侧电感L2组成袁udc为直流侧电压袁uinv为逆变器的桥臂中点输出电压袁ug为电网电压遥现有的电流控制方案大多为基于逆变器侧电流(iL1)以及进网电流(iL2)的闭环控制袁其中基于iL1的电流控制从根本上来说是间接控制进网电流遥逆变器输出电压至电流的幅频特性如图1(b)所示袁二者在谐振频率(fres袁棕res
袁式(1))处存在谐振峰袁危及并网
变流器的稳定运行遥渊1冤
图2单一电流环控制框图图2为单一电流环控制的框图袁其中Td表示等效的系统延时(包括PWM计算尧采样等延迟)袁Gc
(s)
为电流调节器遥延迟环节不影响原系统的幅值响应袁但会影响原系统的相位延迟遥在谐振频率固定的前提下袁逆变器开关频率越高袁相位延迟作用越小袁甚至可以忽略遥以进网电流单闭环控制为例袁由图1(b)可知袁不考虑延迟时袁进网电流的相位在谐振频率附近穿越-180毅袁由对数频率稳定判据可知袁此时电流调节器必须保证谐振峰处的幅值增益小于0dB袁否则闭环系统不稳定遥但是袁若考虑系统延迟袁
进网电流的相位穿越-180毅时的频率必定小于谐振频率袁闭环系统更容易满足稳定判据袁有利于电流调节器的参数设计遥因而袁在该类控制方案下袁滤波器参数以及逆变器开关(采样)频率同系统性能密切相关遥随着谐振频率同开关频率的比值的增大袁对于逆变器侧电流的闭环控制来说袁系统稳定性变差曰而对于进网电流的单闭环控制来说袁系统稳定性反而有一定的改善[7,8]遥
为实现稳定性控制袁单一电流环的控制方案需要折衷考虑选取滤波参数以及开关频率曰同时袁系统延迟仅在一定程度上缓解了控制器参数设计的问题袁为实现高质量的进网电流袁电流调节器参数设计仍然面临较大的困难袁需要细致选取[7]遥更为困
难的问题在于袁由于实际并网运行中滤波器参数的
(a)LCL滤波并网逆变器
2扰动以及电网感抗的存在袁谐振频率可能产生大幅变化[5]袁单一电流闭环控制的系统鲁棒性难以得到保证遥文献[13]研究了附加滤波器实现谐振峰抑制的控制方案袁其基本控制框图如图3所示遥附加的滤波器可以是低通滤波器尧超前-滞后滤波器或陷波滤波器等遥附加低通滤波器控制方案的基本原理同前述利用系统固有延迟的控制机理相同袁同样是改变电流相位穿越频率袁但是相比利用固有延迟的方案袁其延迟大小可控袁同时袁由于低通滤波的作用袁谐振峰值也在一定程度上获得了抑制[13]遥此外袁文献[13]还讨论了超前-滞后滤波器的作用袁也是通过改善相位实现谐振抑制遥基于陷波滤波器[5,7]的控制方案则是在谐振频率附近附加一对零极点进而抵消欠阻尼谐振极点对系统产生的不利影响遥图3前向通路附加滤波器的闭环控制框图该类基于滤波器的有源阻尼其本质上是通过开环方式改善原系统幅相特性进而有利于电流调节器的设计袁相比于单一电流闭环控制的方案袁可以实现更好的响应袁但是数字滤波器的参数较难以优化设计袁有待于进一步研究曰此外袁由于该类方案需要准确的LCL滤波器参数信息袁鲁棒性仍不足遥
该类控制方法通过选择合适的额外的反馈将LCL滤波并网逆变器等效为单L并网逆变器袁进而
进网电流的控制获得了简化袁有利于闭环响应的改善遥文献[9]尧[10]中给出的分裂电容电流控制和电流加权控制通过两个电流按照一定比例相加等效实现了单L型电流控制袁其控制框图如图4所示袁其中u为电流调节器的输出袁kpwm代表PWM逆变器遥当加权系数茁=L1/(L1+L2
)时袁即可得到一阶特性
的加权组合电流量袁如式渊2冤遥该类电流组合控制方法避开了进网电流中谐振峰对控制环路的影响袁但是并未对进网电流直接控制袁这导致进网电流中仍然会存在谐振现象[15]遥此外袁该方案需要精确的滤波
器参数匹配袁鲁棒性不足遥
图4加权平均的电流控制渊2冤
图5基于逆变器侧电感电压反馈的降阶控制文献[11]给出了另一种降阶控制的方法袁通过反馈逆变器侧电感电压实现袁如图5所示遥Gfv(s)为逆变器侧电感电压反馈系数遥此时袁u至进网电流的传递函数为院渊3冤显然袁当满足1-kpwm
G
iv
(s)=0时袁图5所示控制
系统可等效为一阶电感滤波环节袁进而电流调节器设计避开了LCL滤波器的谐振问题遥但是袁该方案的实施仍然依赖于精确的系统模型袁而实际运行中袁采样计算误差尧PWM环节的非线性均可能导致
谢少军袁等院LCL滤波并网逆变器的电流控制技术研究综述第4期3电源学报总第42期上述条件失效曰此外袁逆变器侧电感电压中含有大量的开关频率次谐波电压袁而由香农采样定理可知大量的高次谐波可能导致采样以及PWM调制失效遥文献[11]的研究仅限于进行了仿真验证遥该类控制方法的基本思想是通过额外的反馈实现谐振峰的抑制遥文献[27]从反馈控制角度对LCL滤波并网逆变器的有源阻尼方法进行了系统性研究袁为寻找新型的有源阻尼方案提供了有效参考袁其研究表明对系统中多个变量的反馈控制均可实现有源阻尼遥已见诸文献的有源阻尼方案比较多袁可按照选择的反馈分类袁包括基于电容电流尧电容电压尧网侧电感电压尧逆变器侧电感电压的单变量反馈袁以及采用多状态变量组合反馈的控制方案等遥图6给出了其基本控制框图袁其中x表示LCL滤波器中某一个或几个电压电流状态变量遥图6基于有源阻尼反馈的电流控制框图相较于前述其它类型的控制方案袁采用反馈控制抑制谐振峰的方法较为灵活袁性能好袁而且具有较强的鲁棒性遥但是袁该类基于反馈控制实现谐振抑制的方法均需要额外的高精度电流或电压传感器来获取需要的反馈信息袁增加了系统成本遥有文献给出了滤波电容电流[18,19]及其电压[22]的估测方法以降低系统成本和提高可靠性袁但是该类估测方法一方面依赖于精确的系统模型袁实际应用中的鲁棒性仍有待于进一步研究曰另一方面袁估测方法可能对系统动态响应产生不利影响[18]遥基于反馈控制的各种有源阻尼方法的参数优化设计也是一个值得重点关注的问题遥文献[21]研究了滤波电容电流及其电压反馈方案的参数设计遥电容电流比例反馈可以有效地抑制谐振峰袁电容电压微分反馈渊实际应用中微分反馈往往采用数字离散化[21]或者高通滤波器[22]的方法替代实现冤也可实现谐振抑制遥文献[21]的研究表明袁不同的谐振频率与开关频率比值的情况下袁阻尼性能存在很大差异袁甚至有可能失去阻尼效果袁为此需要牺牲动态响应性能袁降低开环增益以保证稳定遥此外袁有学者针对电容电流与进网电流的双闭环方案的参数设计进行了详细的探讨袁针对少自由度的参数设计采用了一种基于零极点对消的设计方法[16]袁同样是在