【正文】 摘要 近年來(lái)，一些清潔高效的能源，如太陽(yáng)能，風(fēng)能，地?zé)?，核能等得到了較為廣泛的應(yīng)用和關(guān)注，其發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的是直流電流和電壓，而許多負(fù)載都使用交流電，因此需要通過(guò)逆變器把直流電變成交流電。隨著這些新能源發(fā)電系統(tǒng)的日益推廣，逆變器的使用也越來(lái)越多。如何獲得高質(zhì)量的電流成為研究的焦點(diǎn)。 由于對(duì)高頻諧波的抑制效果明顯好于L型濾波器，因此LCL濾波器在并網(wǎng)逆變器中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，與傳統(tǒng)的L濾波器相比，LCL濾波器可以降低電感量，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，降低成本，在中大功率應(yīng)用場(chǎng)合，其優(yōu)勢(shì)更為明顯。文章首先對(duì)PWM 逆變器的工作原理做了詳細(xì)的介紹，并對(duì)基于LCL的濾波器，在ABC 靜止坐標(biāo)系，αβ靜止坐標(biāo)系和dq 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中建立了數(shù)學(xué)模型。其次，文章討論了LCL 濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，給出了系統(tǒng)LCL 濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì)步驟。最后，在詳細(xì)闡述各元件的取值原則與計(jì)算步驟的基礎(chǔ)上，給出了設(shè)計(jì)實(shí)例，并對(duì)所設(shè)計(jì)的逆變器進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明，根據(jù)該方案設(shè)計(jì)的控制器參數(shù)能夠使三相并網(wǎng)逆變器安全、可靠運(yùn)行且具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。關(guān)鍵詞：并網(wǎng)逆變器 LCL濾波器 有源阻尼 無(wú)源阻尼，雙閉環(huán)控制 Abstract In recent years, clean and efficient energy sources, such as solar energy, wind energy, geothermal energy, nuclear energy has been widely used and has gained widespread attention .The power system produce the DC current and voltage, and many are using the AC load, it need inverter into alternating current to direct current. With the increasing promotion of photovoltaic power generation systems, the use of inverters is more and more. How to get a high quality of the current bees the focus of research. Because of the inhibitory effect of high frequency harmonics is better than Ltype filter, the LCL filter grid inverter is widely applied, pared with the traditional Lfilter, LCL filter can reduce the inductance improve the system dynamic performance, reduce costs, in the highpower applications, its advantages more apparent. This paper analyzes the high frequency PWM inverter principle, and then presents a threephase ABC coordinates and dq coordinate system on the mathematical model of LCLfilter configuration. Secondly, the article discusses the LCL filter design parameters。 parameters of the system are given LCL filter design steps. Finally, each ponent in detail the principles and calculation steps of the value based on the design example is given, and the design of the LCL filter simulation results show that, according to the design of the controller parameters can make threephase inverter with safe, reliable operation and has a fast dynamic response speed.Key words: Gridconnected inverter，LCL filter，Active damping, passive damping，Double closed loop control 目錄摘要 ......................................................................IAbstract .................................................................II目錄 ....................................................................III1. 緒論 ...................................................................1 1 1 1 2 逆變器的研究現(xiàn)狀 2 2 PWM逆變器的研究現(xiàn)狀 3 42. PWM逆變器的原理及數(shù)學(xué)模型 .............................................6 6 6 7 7 逆變器的工作原理 9 基于LCL濾波器的PWM逆變器數(shù)學(xué)模型 11 鎖相環(huán)節(jié)的工作原理 16 逆變器的SPWM調(diào)制方式分析 173. LCL濾波器和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................20 LCL濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì) 20 L，LC，LCL濾波器的比較 20 LCL濾波器的選定 21 LCL濾波器數(shù)學(xué)模型及波特圖分析 21 LCL濾波器的諧振抑制方法 24 濾波器參數(shù)變化對(duì)濾波性能的影響 24 濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)的約束條件 25 濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì)步驟 26 26 基于無(wú)源阻尼的單電流環(huán)控制方案的設(shè)計(jì) 27 基于雙環(huán)控制網(wǎng)側(cè)電感電流外環(huán)控制器的設(shè)計(jì)....................29 基于雙環(huán)控制電容電流內(nèi)環(huán)控制器的設(shè)計(jì) 294. 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證 ................................................30 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 30 有源阻尼雙閉環(huán)控制仿真分析........................................32 無(wú)源阻尼單環(huán)控制仿真分析.......。..................................37結(jié)論 .....................................................................42參考文獻(xiàn) .................................................................43致謝 .....................................................................44附錄 英文翻譯 ...........................................................451. 英文文獻(xiàn)原文 452. 英文文獻(xiàn)翻譯 65 30 1. 緒論隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力需求迅速增長(zhǎng)，電力部門(mén)大多把投資集中在火電，水電以及核電等大型集中電源和超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)的建設(shè)上，但是，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊端也日益凸現(xiàn)，成本高，運(yùn)行難度大，難以適應(yīng)用戶越來(lái)越高的安全和可靠要求以及多樣化的供電需求。尤其在世界范圍內(nèi)發(fā)生幾次大面積的停電事故后，電網(wǎng)的脆弱性充分暴露了出來(lái)，這不得不引發(fā)人們思考和憂慮，一味地?cái)U(kuò)大電網(wǎng)規(guī)模顯然不能滿足未來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)展的要求。因此，分布式電源由于污染少，可靠性高，能源利用效率高，安裝地點(diǎn)靈活等多方面的優(yōu)點(diǎn)，有效的解決了大型集中電網(wǎng)的許多潛在的問(wèn)題。分布式發(fā)電一般指電能在靠近用戶的地方生產(chǎn)并直接為用戶供電的方式，由于其投資少，見(jiàn)效快，位置靈活，污染小，安裝方便，且在邊遠(yuǎn)地區(qū)，大電網(wǎng)覆蓋不到的區(qū)域，分布式發(fā)電的獨(dú)立運(yùn)行，解決了邊遠(yuǎn)地區(qū)的供電問(wèn)題，含有分布式電源的微電網(wǎng)可以在公共電網(wǎng)發(fā)生事故停電時(shí)進(jìn)行區(qū)域型供電，能夠使全部或部分微電網(wǎng)內(nèi)的重要用戶進(jìn)行不間斷供電。但是分布式電源也尤其自身的弊端，如并網(wǎng)時(shí)單機(jī)接入成本高，并網(wǎng)時(shí)控制困難，且分布式發(fā)電系統(tǒng)比較分散，不適合大電網(wǎng)的集中式的輸配電方式，分布式發(fā)電設(shè)備的接入電網(wǎng)與否不受大電網(wǎng)控制，相對(duì)大電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)具有隨意性的不可控電源。因此，在分布式發(fā)電接入和切出電網(wǎng)過(guò)程中，都會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生注入電壓閃變，電壓波動(dòng)，頻率偏移等負(fù)面影響，所以電力系統(tǒng)經(jīng)常采用隔離限制的方式對(duì)分布式發(fā)電的并網(wǎng)運(yùn)行。由多個(gè)分布式發(fā)電系統(tǒng)和負(fù)載共同組成的微電網(wǎng)和好的解決了這一問(wèn)題，由于它可以作為大電網(wǎng)的一個(gè)整體負(fù)載，對(duì)大電網(wǎng)沖擊和影響較小，本身又可以獨(dú)立運(yùn)行，因此得到越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)用，這種大電網(wǎng)與新型的分布式發(fā)電系統(tǒng)組成的微電網(wǎng)的結(jié)合控制，成為當(dāng)今電力行業(yè)主要的研究方向。[1]圖11 微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖微電網(wǎng)從系統(tǒng)觀點(diǎn)看，是將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置及控制裝置等結(jié)合，形成一個(gè)對(duì)大電網(wǎng)來(lái)說(shuō)單一可控的單元，同時(shí)向用戶供給能量，微電網(wǎng)中的電源多為微電源（分布式電源），即含有電力電子接口的小型機(jī)組，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏電池以及超級(jí)電容、飛輪、蓄電池等儲(chǔ)能裝置。它們接在用戶側(cè)，具有低成本，低電壓，低污染的特點(diǎn)。如圖11近年來(lái)微電網(wǎng)的研究不僅在理論方面取得較大的進(jìn)展，另一方面，國(guó)際上眾多示范工程及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也相繼建立起來(lái)，為微電網(wǎng)應(yīng)用的研究奠定了基礎(chǔ)：美國(guó)，CERTS的微電網(wǎng)項(xiàng)目已在俄亥俄州的Dolan技術(shù)中心進(jìn)行了物理裝置的測(cè)試。歐洲，希臘，德國(guó)等地已有微電網(wǎng)示范項(xiàng)目處于運(yùn)行階段。日本、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家也開(kāi)展了適合本國(guó)國(guó)情的微電網(wǎng)研究計(jì)劃。如日本的微電網(wǎng)應(yīng)用研究主要在其發(fā)展較成熟的光伏設(shè)施基礎(chǔ)上，走以家庭光伏并網(wǎng)發(fā)電、商業(yè)中心區(qū)燃料電池電站配合儲(chǔ)能為特色的微電網(wǎng)建設(shè)路線。國(guó)內(nèi)關(guān)于微電網(wǎng)的研究也取得的長(zhǎng)足的發(fā)展。部分高校、科研院所及電力企業(yè)，如天津大學(xué)，合肥工業(yè)大學(xué)，杭州電子科技大學(xué)、中科院電工所、中國(guó)電科院等，各自建立了相應(yīng)的微網(wǎng)示范項(xiàng)目或?qū)嶒?yàn)室，研究電網(wǎng)的控制、運(yùn)行及對(duì)主網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。實(shí)際工程方面，由于牽涉到電網(wǎng)的正常運(yùn)營(yíng)，因此必須由電網(wǎng)公司主導(dǎo)進(jìn)行，如國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)的河南財(cái)專微電網(wǎng)示范工程，作為國(guó)內(nèi)第一個(gè)正式運(yùn)行的微電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目，取得了良好的運(yùn)行業(yè)績(jī)和社會(huì)效益?？梢钥闯?，當(dāng)前國(guó)內(nèi)微電網(wǎng)應(yīng)用研究的特點(diǎn)是涉研單位較廣，但尚無(wú)某個(gè)機(jī)構(gòu)擁有完整的集實(shí)驗(yàn)、仿真、檢測(cè)等功能于一體的微電網(wǎng)應(yīng)用研究平臺(tái)。因此，就微電網(wǎng)應(yīng)用研究而言，我國(guó)目前在國(guó)際上的知名度和影響力還較為有限，另一方面也表明國(guó)家電監(jiān)會(huì)及各電網(wǎng)公司等部門(mén)的政策支持下，國(guó)內(nèi)相關(guān)單位在此領(lǐng)域還大有可為。 逆變器的研究現(xiàn)狀 三相PWM電壓型逆變器的產(chǎn)生背景[2]隨著世界能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，能源和環(huán)境成為21世紀(jì)人類所面臨的重大基本問(wèn)題，清潔、可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用越來(lái)越受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。近些年來(lái)，太陽(yáng)能光伏(Photovoltaic，PV)發(fā)電技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了持續(xù)的發(fā)展。尤其隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)很多地區(qū)的用電缺乏非常嚴(yán)重，一些城市不得不實(shí)行分時(shí)分區(qū)域供電。發(fā)展新能源，充分利用綠色能源，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展有著極其重要的意義?，F(xiàn)代社會(huì)對(duì)能源需求不斷增加，煤炭、石油、天然氣等一次性能源卻不斷減少，而且其使用又會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大危害，為了緩解能源危機(jī)，避免環(huán)境的進(jìn)一步惡化，對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的開(kāi)發(fā)利用顯得尤為重要，可再生能源的使用兼具環(huán)保性和持續(xù)利用性，但是也存在著缺陷和難點(diǎn)。鑒于我國(guó)太陽(yáng)能、風(fēng)力資源豐富，可以說(shuō)是取之不盡、用之不竭，這為我國(guó)發(fā)展清潔能源事業(yè)提供了很好的機(jī)遇。而在這些清潔能源利用過(guò)程中，并網(wǎng)逆變器是關(guān)鍵。人們一直在電力電子技術(shù)的發(fā)展中探索一條“綠色”之路，對(duì)逆變裝置而言，“綠色”的內(nèi)涵包括電網(wǎng)無(wú)諧波，單位功率因數(shù)，以及功率控制系統(tǒng)的高性能，高穩(wěn)定性，高效率等傳統(tǒng)逆變裝置所不具備的優(yōu)越性能。在所