【正文】 另外，采用SiC材料的開關(guān)器件目前國內(nèi)研究尚淺，通過探究其特性，與傳統(tǒng)的開關(guān)器件進(jìn)行對比，得出其對系統(tǒng)性能特別是電網(wǎng)電壓的影響，對LCL濾波器的設(shè)計進(jìn)行合理修正。（4）研究采用SiC新型材料的開關(guān)器件特性，理論分析開關(guān)頻率次諧波電流進(jìn)入電網(wǎng)帶來的壓降問題，研究LCL對開關(guān)頻率諧波衰減比與電網(wǎng)電壓畸變的關(guān)系，調(diào)整LCL濾波器的參數(shù)和阻尼方法的反饋函數(shù)，保證電網(wǎng)電壓畸變率在8%以下。在系統(tǒng)建立完成后，選擇合適的系統(tǒng)參數(shù)，其中電網(wǎng)電壓Es=380V，電容電壓Udc=800V，開關(guān)頻率fs=10KHz，電網(wǎng)等效阻抗Ls=。在PWM整流、APF和新能源逆變系統(tǒng)三個不同的場合下，更需要根據(jù)不同場合的具體環(huán)境選擇和設(shè)計合理的有源阻尼法；（3）采用SiC材料的開關(guān)器件時LCL濾波器設(shè)計采用新型的SiC材料的開關(guān)器件，其能承受更高等級的電壓和開關(guān)頻率，若更高的開關(guān)頻率電流進(jìn)入電網(wǎng)，會在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生嚴(yán)重的壓降，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓畸變，傳統(tǒng)的開關(guān)器件不存在這樣的問題，調(diào)整LCL濾波器的設(shè)計是避免電網(wǎng)電壓畸變的有效手段。大型光伏電站中每組光伏陣列分別通過直流側(cè)電容連接各自的LCL濾波器連接入并網(wǎng)公共點（Point of Common Coupling，PCC），彼此之間僅共用并網(wǎng)公共點，避免了各組并網(wǎng)逆變器之間產(chǎn)生環(huán)流。這類有源阻尼法由于對采樣要求不高，在內(nèi)電流和輸出電流控制中均能適用，因此得到廣泛應(yīng)用。有源阻尼濾波器Dd(z)i相當(dāng)于一個無限長單位脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器，系數(shù)aj(i)和bj(i)由遺傳算法給出。 （）圖210 基于超前補償網(wǎng)絡(luò)的有源阻尼矢量控制框圖文獻(xiàn)[48]出了虛擬電阻的概念，其基本思想是通過控制算法來取代阻尼電阻的作用，以電容串電阻為例，如圖211所示。所以，并不是阻尼電阻越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高。不過，隨著電阻Rd從0開始每次增加1，增加到11，LCL濾波器的高頻段衰減能力下降，對于開關(guān)次紋波的衰減能力相應(yīng)的下降。 圖21 濾波電容串并電阻的無源阻尼結(jié)構(gòu) （） （）圖22無阻尼、濾波電容串聯(lián)或并聯(lián)電阻LCL濾波器的波特圖 如圖23所示為逆變器側(cè)電感串并電阻的無源阻尼結(jié)構(gòu)，其中a圖為串聯(lián)電阻，b圖為并聯(lián)電阻，其相應(yīng)的傳函G3(s)和G4(s)分別是式()和()。目前提出的多種有源阻尼方法很少有給出有源阻尼法機理研究的，也未給出各方案提出的依據(jù)，楊明等分析研究了電網(wǎng)阻抗對光伏逆變系統(tǒng)的影響[42]，電網(wǎng)阻抗在大型光伏電站并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中存在耦合效應(yīng)，該耦合效應(yīng)降低了并網(wǎng)逆變器控制回路的帶寬和穩(wěn)定裕度。現(xiàn)在主要的阻尼策略有兩種：無源阻尼方式和有源阻尼方式。但此時電容支路的阻抗會變大，影響了濾波器的高頻衰減特性，選擇一個大小合適的阻尼電阻很重要，一般選為諧振頻率處電容阻抗的三分之一。這也是LCL濾波器優(yōu)于單電感濾波器的一個方面。其缺點是對所有頻段紋波的衰減率均為20dB/十倍頻，對開關(guān)紋波的濾除效果有限，若為了得到較好的濾波效果或者在開關(guān)頻率較低的場合(如大功率應(yīng)用)，需要采用較大的電感值，由此會帶來以下問題[1719]：(1)大電感降低整個系統(tǒng)的動態(tài)性能，變流器輸出電流變化率下降，但在APF這種需要高電流變化率的場合，這是不允許的；(2)大電感值帶來更大的壓降，若要求變流器輸出能力不變，則需要更高的直流側(cè)電壓，導(dǎo)致開關(guān)器件的耐壓等級提高，增加成本；(3)大電感值電抗器體積過大。相較于傳統(tǒng)的L型濾波器，在相同的電感值的情況下，LCL濾波器對高頻諧波抑制效果更為理想，并逐漸應(yīng)用于大功率、低開關(guān)頻率的并網(wǎng)變換器設(shè)備中。作為電力系統(tǒng)能源的一種補充，新能源并網(wǎng)發(fā)電將會成為未來主要的發(fā)展趨勢。中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)13 級碩士研究生選題報告選題 名稱： 學(xué) 院： 信息與電氣工程學(xué)院 學(xué)科 專業(yè)： 電氣工程 研究生姓名： 導(dǎo)師 姓名： 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)位管理辦公室制2014年 11月 16日 1 研究背景及意義越來越多的電力電子器件被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)的諧波污染問題日益嚴(yán)重，人們對此問題重視程度越來越高[1]。然而并網(wǎng)逆變器一般采用高頻的PWM調(diào)制，導(dǎo)致大量的高次諧波電流進(jìn)入電網(wǎng)，同樣會對電網(wǎng)中其他EMI敏感設(shè)備產(chǎn)生干擾。但是，LCL型濾波器是三階系統(tǒng)，很容易產(chǎn)生諧振。為了克服單電感型濾波器的缺點，近年來LCL濾波器被廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)變流器中。L型輸出濾波器逆變器側(cè)輸出電壓uinv到網(wǎng)側(cè)電流i2的傳遞函數(shù)Ginv（s）： ()： ()式()中，Lf為電網(wǎng)感抗Ls與電網(wǎng)側(cè)電感阻抗L2之和。此外，由于存在物理電阻，系統(tǒng)會增加損耗。目前，已經(jīng)有很多文獻(xiàn)對無源阻尼法和有源阻尼法進(jìn)行了研究。導(dǎo)致并網(wǎng)電流諧波含量超標(biāo)等不穩(wěn)定問題。 圖23 逆變器側(cè)電感串并電阻的無源阻尼結(jié)構(gòu) （） （）圖24無阻尼、逆變器側(cè)電感串聯(lián)或并聯(lián)電阻LCL濾波器的波特圖如圖25所示為網(wǎng)側(cè)電感串并電阻的無源阻尼結(jié)構(gòu)，其中a圖為串聯(lián)電阻，b圖為并聯(lián)電阻，其相應(yīng)的傳函G5(s)和G6(s)分別是式()和()。圖27不同阻尼電阻時Ginv（s）的幅頻特性對于高頻諧波電流來說，網(wǎng)側(cè)電感呈現(xiàn)高阻抗，使得諧波電流大部分分流經(jīng)低阻抗的電容支路，網(wǎng)側(cè)電流只占整流器側(cè)電流諧波的一部分。圖29 不同阻尼電阻時產(chǎn)生的功率損耗有源阻尼方法是通過增加控制的復(fù)雜性來避免無源阻尼的損耗問題，一直是熱點研究問題，下面對幾種主要有源阻尼方法進(jìn)行綜述。電容串電阻阻尼的作用可以等效看作是將適當(dāng)大小的電容電流微分量疊加在內(nèi)電感（變流器側(cè)電感）電流上，虛擬電阻法則是將此疊加量用于修正內(nèi)電流參考指令。由于帶阻濾波器會引起相位移動，所以實用帶通濾波器來實現(xiàn)控制系統(tǒng)，控制框圖如圖212所示。由于LCL濾波器構(gòu)成的三階系統(tǒng)滿足可控、客觀性條件，只要獲得完整的系統(tǒng)狀態(tài)信息即可任意配置控制系統(tǒng)閉環(huán)極點。同時，每組并網(wǎng)逆變系統(tǒng)分別采用相同的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、控制策略等，當(dāng)一組并網(wǎng)逆變器出現(xiàn)出現(xiàn)故障時，不影響剩余各組的工作，便于對各組進(jìn)行獨立控制。本課題研究內(nèi)容的創(chuàng)新性主要有以下三點：（1）深入分析無源阻尼電阻對系統(tǒng)穩(wěn)定性、濾波效果和功率損耗三方面的影響，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和對開關(guān)次及其倍頻處諧波電流的衰減能力的前提下，選擇合適電阻值，在一定程度上降低了功率損耗，并且對電阻功率規(guī)格的選取給出了參考依據(jù)；（2）目前論文中提到的有源阻尼方式都是在特定的場合，直接給出阻尼方法并驗證其正確性，但是沒有對有源阻尼法的設(shè)計機理進(jìn)行分析，本文對不同場合下的兩種有源阻尼法設(shè)計原則進(jìn)行詳細(xì)的分析研究；（3）采用SiC材料的開關(guān)器件是近幾年應(yīng)用于變流器中的，其器件特性特別是開關(guān)頻率對LCL濾波器的參數(shù)和阻尼方法的設(shè)計都會存在一定的影響，究采用SiC材料的開關(guān)器件，有助于改進(jìn)LCL濾波器參數(shù)和阻尼方法的設(shè)計。LCL濾波器的參數(shù)經(jīng)過傳統(tǒng)設(shè)計方式選取為，逆變器側(cè)電感L1=，濾波電容Cf=2μF，電網(wǎng)側(cè)電感L2=。5 課題的預(yù)期效果（1）針對無源阻尼法，根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性、高頻濾波效果和功率損耗三方面的要求，給出阻尼電阻的取值范圍；（2）針對有源阻尼法，根據(jù)APF、PWM整流和新能源逆變?nèi)N場合下不同的補償需要，給出對應(yīng)的LCL參數(shù)和阻尼方法的設(shè)計；（3）針對采用SiC材料的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，研究其對電網(wǎng)電壓的影響，根據(jù)影響情況給出新的LCL參數(shù)設(shè)計方法；6 課題研究難點及解決方案（1）本課題要在APF、PWM整流和新能源逆變?nèi)N場合下對比LCL參數(shù)和阻尼方法的設(shè)計，故三種環(huán)境下的逆變器輸出特性是研究難點。本課題在完成以上理論分析和仿真驗證的工作后，通過實驗平臺對其進(jìn)行驗證。在以上完成的基礎(chǔ)上，本課題將進(jìn)一步探究LCL濾波器在PWM整流和新能源逆變環(huán)境下的參數(shù)和阻尼方法不同，根據(jù)不同場合不同的補償特性，對參數(shù)設(shè)計和阻尼方法進(jìn)行合理的修正，并且在傳統(tǒng)的無源阻尼法的基礎(chǔ)上，基于系統(tǒng)的穩(wěn)定性、高頻濾波效果和功率損耗三方面的要求，對無源阻尼電阻進(jìn)行了重新設(shè)計。（3）研究電容電流反饋法和電容電壓反饋法兩種有源阻尼法在APF、PWM整流和新能源逆變?nèi)N場合的設(shè)計原則，通過反饋控制原理對兩種有源阻尼法的設(shè)計機理進(jìn)行理論分析，搭建PWM整流系統(tǒng)和新能源逆變仿真系統(tǒng)，在Simulink環(huán)境對三種系統(tǒng)進(jìn)行驗證，并在實驗平臺上進(jìn)行實驗驗證。其中諧波檢測環(huán)節(jié)采用ipiq法，電流控制環(huán)節(jié)采用PR比例諧振控制器，逆變環(huán)節(jié)采用SVPWM方法進(jìn)行調(diào)制。論文的主要工作如下：（1）無源阻尼法的設(shè)計基于APF系統(tǒng)研究LCL濾波器無源阻尼法設(shè)計，阻尼電阻可以分別串聯(lián)（并聯(lián)）在逆變器側(cè)電感、濾波電容和網(wǎng)側(cè)電感三個器件上面，實現(xiàn)對諧振的抑制，但是阻尼電阻的增加對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、濾波器的濾波效果對會產(chǎn)生影響，同時阻尼電阻會產(chǎn)生額外的