【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 頻分量盡可能多的從電容支路流過(guò)，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證高頻下。根據(jù)電路原理，主要由較小的決定，所以不會(huì)太大。不會(huì)隨著和并聯(lián)電路的加入而減小太多，所以整流器側(cè)紋電流主要取決于L 的大小。橋臂紋波電流不能太大，因?yàn)榧y波電流過(guò)大不僅會(huì)使IGBT 結(jié)溫波動(dòng)增大，對(duì)功率器件壽命造成不利影響，還會(huì)加大L 的損耗，使其升溫增加，降低絕緣材料的壽命。但太大的電感量會(huì)造成直流電壓利用率下降，而且使得電感體積大，成本增加。所以設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮。（2） 和并聯(lián)部分。電感電容的加入將一個(gè)一階的電感濾波電路改造成為一個(gè)三階電路，在改善濾波器過(guò)渡特性的同時(shí)，也給高頻分量提供了低阻通路，以減小注入電網(wǎng)的高頻分量。根據(jù)并聯(lián)電路各支路的分流關(guān)系，必須小于，只有這樣才能使高頻電流分量盡量從電容支路流過(guò)，盡可能少地流入電網(wǎng)。要滿足，可以增大電容量，也可以增大的電感量，但是增大電容量會(huì)減小電容支路對(duì)基波的阻抗，增大了無(wú)功電流，從而增大了整流器輸出電流容量，但一味地減小電容，要達(dá)到同樣的濾波效果，將導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電感的增大。同L 情況類似， 的電感量也有限制。因此，LCL 各參數(shù)的設(shè)計(jì)需要配合。 濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)的約束條件（1）LCL 濾波器的電容將引起無(wú)功功率增加，從而降低功率因數(shù)。為了保證系統(tǒng)的高功率因數(shù)，一般限制電容吸收的無(wú)功功率低于額定功率的5%。（2） ，否則需要較高的直流電壓來(lái)保證電流的控制性，這將會(huì)增大功率開(kāi)關(guān)的損耗。（3）為了避免開(kāi)關(guān)頻率附近的諧波激發(fā)LCL 諧振，諧振頻率應(yīng)遠(yuǎn)離開(kāi)關(guān)頻率，但不能過(guò)小，否則低次諧波電流將通過(guò)LCL 濾波器得以放大。一般諧振頻率在十倍的基波頻率到開(kāi)關(guān)頻率的一半之間（4）需增設(shè)阻尼電阻防止諧振，但阻值不能太大，以免帶來(lái)過(guò)多的損耗，從而降低了效率。 濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì)步驟(1)電感的計(jì)算： （31）U為網(wǎng)側(cè)相電壓有效值，為諧波電流峰值，為開(kāi)關(guān)頻率。(2) 總電感值的約束條件： （32）其中為直流母線電壓，為網(wǎng)側(cè)相電壓峰值，為相電流峰值。且 （33）(3) 計(jì)算電容C可先確定諧振頻率，再根據(jù)公式： （34）計(jì)算得電容C的值；也可以取電容消耗的無(wú)功功率為總功率的5%，利用約束條件：，其中,且其中E為網(wǎng)側(cè)線電壓有效值，為基波頻率。(4) 電容所串電阻 （35） 基于無(wú)源阻尼的單電流環(huán)控制方案的設(shè)計(jì) 基于LCL濾波的并網(wǎng)逆變器較早的控制策略是采用無(wú)源阻尼的單環(huán)控制策略，該策略的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以使用較少的傳感器，控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不足的地方是采用無(wú)源阻尼，會(huì)增加功率損失，尤其在大功率應(yīng)用場(chǎng)合，電阻上的功率損耗會(huì)更多，并且可能導(dǎo)致發(fā)熱量巨大，就要額外加散熱片，雖然減少了傳感器，但可能由于電阻造成的功率損失、額外增加的散熱設(shè)備，長(zhǎng)期看來(lái)，成本不一定會(huì)減少。該單環(huán)控制策略是直接輸出電流控制，根據(jù)文，并網(wǎng)逆變器LCL接口直接輸出電流控制無(wú)論采用P、PI還是PID控制，系統(tǒng)均不穩(wěn)定，該問(wèn)題的直接解決方案是LCL串聯(lián)電阻，增大相角裕度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，文中已證明該方案的正確性。該單環(huán)控制策略采用PI調(diào)節(jié)器。下圖是基于無(wú)源阻尼的并網(wǎng)逆變器原理圖。圖31 基于無(wú)源阻尼的并網(wǎng)逆變器原理圖可得系統(tǒng)線性控制模型： 圖32 基于無(wú)源阻尼的線性控制系統(tǒng)模型 計(jì)算PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)[2]得LCL濾波器的傳遞函數(shù)： （36）將逆變器等效為一個(gè)小慣性環(huán)節(jié): 又的數(shù)值很小，忽略不計(jì)，則F(s)化簡(jiǎn)為： （37）進(jìn)而可得被控對(duì)象的傳遞函數(shù)： （38）且已知PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： 其中τ=hT整定為II型系統(tǒng)后為： （39）且典型II型系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： （310）其中選定h，濾波器參數(shù)、C和的值，即可計(jì)算出K，然后可得即，且電容所串電阻為： （311） 以上為理論計(jì)算方法，仿真過(guò)程中各參數(shù)還需要適當(dāng)調(diào)整，才能得到較好的濾波效果和穩(wěn)定的電壓電流波形。 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 區(qū)別于無(wú)源阻尼控制策略的是有源阻尼控制策略，該控制策略采用雙閉環(huán)，在網(wǎng)側(cè)電感電流外環(huán)的基礎(chǔ)上增加了濾波電容電流內(nèi)環(huán)，該控制策略采用有源阻尼，減少了功率損失，卻增加了傳感器數(shù)量，控制器的設(shè)計(jì)也較為復(fù)雜，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制策略能保證輸出電壓、電流的穩(wěn)定性，該策略是可行的下面介紹雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 網(wǎng)側(cè)電感電流外環(huán)控制器的設(shè)計(jì) 下圖是基于LCL濾波的三相并網(wǎng)逆變器原理圖圖33 三相并網(wǎng)逆變器原理圖 可得系統(tǒng)線性控制模型： 圖34 基于有源阻尼的線性系統(tǒng)控制電感電流外環(huán)的控制器的設(shè)計(jì)方法與單電流環(huán)中控制器的設(shè)計(jì)方法類似。 電容電流內(nèi)環(huán)控制器的設(shè)計(jì)由系統(tǒng)線性控制模型可得電容電流內(nèi)環(huán)控制對(duì)象傳遞函數(shù)為：，由于的數(shù)量級(jí)在，忽略不計(jì)，控制對(duì)象可簡(jiǎn)化為：。典型I型系統(tǒng)為：，上述控制對(duì)象要整定為I型系統(tǒng)，可采用PI調(diào)節(jié)器：，且取為T(mén)和RC中較大的數(shù)，由于，取3,C=100uF，，則取=RC，整定后的I型系統(tǒng)為：，又,且取KT=、動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快，計(jì)算可得的值。 本章的主要內(nèi)容是說(shuō)明了LCL濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)的約束條件，參數(shù)設(shè)計(jì)方法，以及各濾波器參數(shù)變化對(duì)濾波性能的影響，電路諧振抑制方法，并詳細(xì)分析了基于無(wú)源阻尼的單環(huán)控制策略和基于有源阻尼的雙閉環(huán)控制策略的原理以及兩種控制器的設(shè)計(jì)方法。第4章 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證第4章 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)選定直流母線電壓800V，電網(wǎng)電壓380V/50Hz，總功率100kW,開(kāi)關(guān)頻率選定為5kHz,可得輸出相電流峰值為215A，令為逆變器側(cè)濾波電感，為網(wǎng)側(cè)濾波電感，為濾波電容，為單環(huán)控制策略中電容所串電阻。根據(jù)前兩節(jié)所述參數(shù)計(jì)算方法，可得到：總電感約束值且，又所以可取總電感為1mH，取 又由于,且，可得，取100uF?？傻弥C振頻率，滿足約束條件。進(jìn)而可得單環(huán)控制策略中電容所串電阻。，可得整定后的并網(wǎng)電感電流外環(huán)傳函為：且典型II型系統(tǒng)為： 其中，由于開(kāi)關(guān)頻率為5KHz，則T=，又取h=5時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)適中，此時(shí)： 可得，即，又，可得。 ，計(jì)算得電容電流內(nèi)環(huán)的PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)： 仿真驗(yàn)證為了驗(yàn)證本文所敘述的LCL濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì)方法及所采用的電流雙環(huán)控制策略的可靠性，以及系統(tǒng)是否能達(dá)到所要求的穩(wěn)定性，，取濾波電感，濾波電容，單環(huán)控制策略中電容所串電阻，并網(wǎng)電感電流外環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)為，濾波電容電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)為，單環(huán)控制策略的PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)與雙環(huán)中外環(huán)PI參數(shù)相同。下面分別對(duì)基于無(wú)源阻尼的單環(huán)控制策略和基于有源阻尼的雙環(huán)控制策略分別進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并對(duì)仿真波形進(jìn)行比較，得到較好的控制策略。 下圖分別是基于無(wú)源阻尼的單環(huán)控制仿真電路、基于有源阻尼的雙環(huán)控制仿真電路：圖41 基于無(wú)源阻尼的單環(huán)控制仿真電路圖42 基于有源阻尼的雙環(huán)控制仿真電路以下是仿真結(jié)果：（1） 電網(wǎng)電壓波形圖44 電網(wǎng)電壓波形 由于都是三相并網(wǎng)，且電壓、頻率相同，電壓是已確定的，所以三種策略仿真所得電壓波形相同，都如上圖所示，仿真中設(shè)置A相初相位為0176。，B、C兩相一次相差120176。（2） 輸出電流波形(a)基于無(wú)源阻尼控制策略的仿真電流(b)基于有源阻尼控制策略的仿真電流 圖45 兩種控制策略的輸出電流比較 通過(guò)以上波形對(duì)比，可以看出同樣的電流參數(shù)，基于無(wú)源阻尼的單環(huán)控制策略所得電流波形達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的速度更快，但電流諧波成分較多，就需要通過(guò)增大濾波電容或其他途徑提高電流質(zhì)量，但增大濾波器參數(shù)會(huì)增加成本；而基于有源阻尼的雙環(huán)控制策略雖然穩(wěn)定速度較慢，但也只用了一個(gè)周期，這是可以允許的，相同的濾波參數(shù)所得到的電流波形更平滑，諧波成分更少，濾波效果更好，只是增加傳感器數(shù)量。（3）輸出電壓電流同頻同相檢測(cè)逆變器輸出電壓電流同頻同相才能并網(wǎng)供電，所以控制器的設(shè)計(jì)中都要設(shè)置鎖相環(huán)節(jié)。 本仿真中已設(shè)定電網(wǎng)電壓的初相角為0176。，相角是確定的，故沒(méi)有加鎖相環(huán)節(jié)，但實(shí)際系統(tǒng)中是必須要加鎖相環(huán)的。以下是電壓電流波形比較，均為上為電壓、下為電流。（ａ）無(wú)源阻尼策略電壓電流波形 （ｂ）有源阻尼策略電壓電流波形 圖47 兩種控制策略的電壓電流波形　　通過(guò)仿真波形可以看出，兩種控制方法所得電壓電流均為同相，證明控制策略以及濾波器參數(shù)計(jì)算均正確可行。 本章小結(jié) 本章主要完成了系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)，包括LCL濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì)，基于無(wú)源阻尼和基于有源阻尼兩種控制策略的控制器參數(shù)的設(shè)計(jì)，并建立了基于基于無(wú)源阻尼和基于有源阻尼兩種控制策略的Matlab仿真電路圖，并對(duì)輸出電流波形進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)論結(jié)論隨著石油、煤炭等一次性能源的儲(chǔ)量不斷減少，對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的利用不斷增加，PWM逆變器其技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。本文針對(duì)并網(wǎng)逆變器交流側(cè)輸出電流諧波問(wèn)題，采用了LCL濾波器取代傳統(tǒng)的單電感濾波，分析了三相電壓型PWM逆變器的工作原理，以及基于一般開(kāi)關(guān)函數(shù)的三相PWM逆變器的數(shù)學(xué)模型和DQ模型。由于引入了LCL濾波器，采用了一種電容電流和網(wǎng)側(cè)電流雙閉環(huán)的電流控制策略，通過(guò)在Matlab\Simulink平臺(tái)下建立相應(yīng)的仿真模型，進(jìn)行對(duì)比研究可得到如下結(jié)論：（a,b,c）中的逆變器一般數(shù)學(xué)模型交流側(cè)均為時(shí)變交流量，因而不利于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)坐標(biāo)變換將三相對(duì)稱靜止坐標(biāo)系（a,b,c）轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的（d,q）坐標(biāo)系，這樣，經(jīng)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換后，三相對(duì)稱靜止坐標(biāo)系中基波正弦變量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流變量，從而簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。，并網(wǎng)系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)電流控制方法系統(tǒng)不穩(wěn)定，加入阻尼電阻后系統(tǒng)能變得穩(wěn)定，輸出電流含有較大的紋波，但同單電感濾波仿真波形相比紋波要小，并且動(dòng)態(tài)性加強(qiáng)。，在濾波電感參數(shù)取值相同的條件下，分別采用兩種濾波器進(jìn)行對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明采用電容電流和網(wǎng)側(cè)電流雙閉環(huán)的控制策略，輸出電流變得更加平滑，紋波明顯減少，系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性進(jìn)一步加強(qiáng)。綜上所述，在大功率并網(wǎng)系統(tǒng)中，在較低的開(kāi)關(guān)頻率下，采用LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器可以有效抑制輸出電流中的諧波分量，獲得較好的正弦電流波形，并網(wǎng)逆變雙閉環(huán)控制使系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性進(jìn)一步加強(qiáng)；而無(wú)源阻尼策略也可以獲得較好的電流質(zhì)量，控制方法簡(jiǎn)單，但會(huì)增加功率損失，有源阻尼策略雖然減少了功率損失，卻需要較多的傳感器和較復(fù)雜的控制方法。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)要求，選擇合適的控制策略。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 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