【正文】 、LCL濾波器的參數(shù)設(shè)計；進(jìn)網(wǎng)電流諧波分析；逆變器側(cè)電流諧波分析；系統(tǒng)仿真研究。（2）擬解決的主要問題：如何設(shè)計LCL濾波器使系統(tǒng)穩(wěn)定運行；如何有效擬制并網(wǎng)逆變器交流側(cè)輸出電流諧波問題；如何減少輸出電流紋波，提高電流的質(zhì)量；如何增加網(wǎng)側(cè)電流對電網(wǎng)電壓畸變的抗擾性。三、研究步驟、方法及措施 （1）研究步驟：首先查閱資料，了解有關(guān)三相并網(wǎng)逆變器的基本知識，然后有針對性的對LCL濾波器設(shè)計和雙閉環(huán)控制設(shè)計方法進(jìn)行學(xué)習(xí)。其次找到基于LCL濾波器的三相并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)研究相關(guān)文獻(xiàn)，了解現(xiàn)有基于LCL濾波器的三相并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)，并熟悉過程。最后設(shè)計完成主電路和控制電路，并利用Matlab進(jìn)行仿真。（2）研究方法：通過上網(wǎng)查找資料和閱讀學(xué)校圖書館的相關(guān)書籍作好理論知識的儲備；相關(guān)軟件及優(yōu)化設(shè)計理論的學(xué)習(xí)；擬定以各種參數(shù)為變量的不同的方案進(jìn)行對比，對比方法包括理論計算和計算機 輔助設(shè)計和分析：對分析數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行全面的歸納整理，選擇最優(yōu)方案并撰寫論文。四、研究工作進(jìn)度： 查閱資料，、工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成 。（14周） 完成主電路和控制電路方案選擇，對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行理論分析。（58周） 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計與仿真研究。（912周） 系統(tǒng)仿真實驗研究。（1316周） 整理實驗數(shù)據(jù)，并與理論比較，撰寫論文。（1718周）目前完成的工作和結(jié)果：為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，目前國內(nèi)外主要有以下幾種策略： 基于無源阻尼的直接電流控制策略 直接電流控制通過電流反饋閉環(huán)控制直接調(diào)節(jié)電流，具有動態(tài)響應(yīng)快、受系統(tǒng)參數(shù)影響小等特點，是目前常用的電流控制方案，然而無論采用P、PI還是PID調(diào)節(jié)均無法使系統(tǒng)穩(wěn)定，并網(wǎng)逆變器LCL接口直接輸出電流控制穩(wěn)定性問題簡單直接的解決方案是LCL串聯(lián)電阻形成無源阻尼PD衰減諧振峰值，增大相角裕度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性?；谟性醋枘岬闹苯庸β士刂撇呗? 由于動態(tài)響應(yīng)快、原理簡單，近年來直接功率控制已被越來越多地應(yīng)用于PWM 整流器的控制。但是傳統(tǒng)的直接功率控制策略沒有電流內(nèi)環(huán)，不能采用已有的有源阻尼方法。2005年，J．W．Kolar，S．Ponnaluri,L．A．Serpa和P．M．Barbosa提出了基于LCL濾波器的PWM 整流器的直接功率控制策略，該方法設(shè)計了基于直接功率控制的有源阻尼方法來抑制LCL濾波器的諧振，這是一種基于虛擬磁鏈的直接功率控制。通過檢測交流側(cè)電流和直流側(cè)電壓來估算系統(tǒng)的虛擬磁鏈，從而算出系統(tǒng)的有功、無功功率，然后與給定值進(jìn)行比較，偏差值送入開關(guān)狀態(tài)選擇表，產(chǎn)生控制脈沖。這種控制策略采用直接功率有源阻尼法，將有功、無功功率減去阻尼分量后就可以避免諧振問題?；跓o源阻尼的無差拍控制策略1998年，Michael Lindgren和Jan Svensson提出了基于LCL濾波器的斬波器的無差拍控制。這是最早的基于LCL 濾波器的控制策略。2004 年Emilio．J．Bueno，F(xiàn)elipe Espinosa等人提出了改進(jìn)的矢量無差拍控制策略。該控制策略只需要一組電流傳感器和一組電壓傳感器，其他的量可以由狀態(tài)觀測器獲得，系統(tǒng)的擾動可以用無源阻尼來衰減。改進(jìn)的無差拍控制策略通過反饋電容電壓將其引入到控制策略中，使控制效果更好?；谌]環(huán)的電網(wǎng)不平衡控制策略2003 年ErikaTwining和Donald Grahame Holmes提出三閉環(huán)控制策略,這也是首次針對不平衡電網(wǎng)電壓提出的控制策略。其中，電壓外環(huán)用來控制直流側(cè)電壓。電流控制采用雙內(nèi)環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，第一內(nèi)環(huán)是網(wǎng)側(cè)電流內(nèi)環(huán)，第二內(nèi)環(huán)是電容電流內(nèi)環(huán)。電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為網(wǎng)側(cè)電流有功分量的給定，dq 坐標(biāo)系中網(wǎng)側(cè)電流調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)坐標(biāo)變換后作為三相電容電流的給定，三相電容電流的反饋值由網(wǎng)側(cè)電流與整流器交流側(cè)電流合成。該方法需要兩組電流傳感器和一組電壓傳感器，傳感器數(shù)量多是其缺點。但實驗結(jié)果證明，該方法對于不平衡電網(wǎng)電壓有較強的魯棒性。逆變器的工作原理：用三個單相逆變電路可以組合成一個三相逆變電路，但在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的還是三相橋式逆變電路，采用IGBT作為開關(guān)器件的電壓型三相橋式逆變電路如圖所示：圖1 三相逆變電路原理圖 如圖1所示的直流側(cè)通常只有一個電容器件就可以了，但為了分析方便，畫作串聯(lián)的兩個電容器并標(biāo)出了假想中點，和單相半橋、全橋逆變電路相同，電壓型三相橋式逆變電路的基本工作方式也是180176。導(dǎo)通方式，即每個橋臂的導(dǎo)通角為180176。，同一相即同一半橋的上下兩個臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度一次相差120176。，這樣，在任一瞬間，將有三個橋臂同時導(dǎo)通，也可能是上面兩個臂下面一個臂同時導(dǎo)通，因為每次換流都是在同一相上下兩個橋臂之間進(jìn)行的，因此也被稱為縱向換流。在上述180176。導(dǎo)電的方式逆變器中，為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時導(dǎo)通而引起的直流電源的短路，要采取“先斷后通”的方法，即先給應(yīng)關(guān)斷的器件關(guān)斷信號，待其關(guān)斷后留一定的時間裕量，然后再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開通信號，即在兩者之間留一個短暫的死區(qū)時間，死區(qū)時間的長短要視器件的開關(guān)速度而定，器件的開關(guān)速度越快，所留的死區(qū)時間就可以越短，這一“先斷后通”的方法對于工作在上下橋臂通斷互補方式下的其他電路也是適用的。LCL濾波器與單L、LC濾波器進(jìn)行對比：三相并網(wǎng)逆變器的濾波器設(shè)計至關(guān)重要，不僅影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)響應(yīng)，還制約著系統(tǒng)損耗、直流側(cè)電壓、進(jìn)網(wǎng)電流諧波等。常見的濾波器形式有L、LC和LCL三種，其形式如圖2所示，應(yīng)用場合也不盡相同。圖2 單L、LC和LCL濾波器單L濾波器為一階濾波器，由于結(jié)構(gòu)及控制簡單，普遍應(yīng)用于并網(wǎng)逆變的場合。然而，隨著并網(wǎng)功率等級的不斷增加，基于效率和可靠性的考慮，并網(wǎng)逆變器的開關(guān)頻率一般較低，為了使進(jìn)網(wǎng)電流達(dá)到并網(wǎng)要求，電感值需要增大。這不僅是系統(tǒng)動態(tài)性能下降，還會引起成本和體質(zhì)重量增加等一系列問題。LC濾波器為二階濾波器，較單L濾波器具有更好的濾波效果，且結(jié)構(gòu)簡單，大多數(shù)應(yīng)用于獨立逆變的場合。若使用在并網(wǎng)逆變器中，需要對電容電流進(jìn)行補償，否則將影響進(jìn)網(wǎng)電流的功率因數(shù)。LCL濾波器為三階濾波器，濾波效果較前兩種好，可以有效抑制進(jìn)網(wǎng)電流的高次諧波，同時網(wǎng)側(cè)電感還可以起到抑制沖擊電流的作用。通常應(yīng)用于中大功率逆變場合。然而LCL濾波器本身是一個三階系統(tǒng)，存在著諧振問題，若參數(shù)設(shè)計及控制策略不當(dāng)，會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此在設(shè)計時不僅要考慮濾除進(jìn)網(wǎng)電流的高次諧波，還要避免系統(tǒng)發(fā)生諧振，從而達(dá)到良好的穩(wěn)定性和可靠性。本課題研究的三相并網(wǎng)逆變器選用LCL型濾波器，具體設(shè)計思路如下：圖3 三相并網(wǎng)逆變器主電路拓?fù)鋱D3是三相并網(wǎng)逆變器的主電路拓?fù)洌渲?、為三相電網(wǎng)電壓，為電網(wǎng)中性點，、為濾波電容支路電壓，進(jìn)網(wǎng)電流分別為、,逆變器輸出電流分別為、逆變器側(cè)電感為，網(wǎng)側(cè)電感為，濾波電容為，逆變器輸出電壓為、,T1～T6為IGBT功率器件，為直流側(cè)電壓。建立三相并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型的目的是為了分析其穩(wěn)態(tài)和動態(tài)運行特性，是研究控制策略和控制器設(shè)計的基礎(chǔ)，因此需要建立三相并網(wǎng)逆變器的低頻數(shù)學(xué)模型。三相并網(wǎng)逆變器的低頻數(shù)學(xué)模型是基于基波分析而得，忽略了開關(guān)頻率等高頻諧波，適合分析控制系統(tǒng)和設(shè)計控制器參數(shù)。在分析低頻數(shù)學(xué)模型之前可以做如下假設(shè)：（1）電網(wǎng)電壓為三相對稱的純正弦波；（2）所有電感電容均為理想器件，且三相電感、電容參數(shù)相同；（3）IGBT均為理想器件，忽略死區(qū)時間。根據(jù)假設(shè)可得三相電網(wǎng)電壓為： (21)式中是電網(wǎng)相電壓的幅值，根據(jù)式（21）可知，電網(wǎng)電壓相序為a相超前b相超前c相。由于三相并網(wǎng)逆變器工作的進(jìn)網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，則進(jìn)網(wǎng)電流基波為： (22)式中進(jìn)網(wǎng)相電流的幅值。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可以得到三相并網(wǎng)逆變器在三相靜止坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程： (23)式中，各變量的物理意義清晰直觀，但變量數(shù)目較多且均是交流信號，不利于控制系統(tǒng)的設(shè)計。因此，需要進(jìn)行變換，即Clark變換：將三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系，其原理圖如圖24所示：圖24 Clark變換假設(shè)兩相靜止坐標(biāo)系的軸與三相靜止坐標(biāo)系的A軸重合，根據(jù)等幅變換原則，其變換矩陣為： (24)反變換矩陣為： (25)聯(lián)立（23）、（24）、（25）可得三相并網(wǎng)逆變器在兩相靜止坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程為：(26)化簡可得：(27)此狀態(tài)方程與式（23）類似，物理意義也十分清晰直觀，變量數(shù)目得以減少，但仍然是交流信號。 為了將坐標(biāo)系下的交流信號變成直流信號，需要進(jìn)行變換，即Park變換：將兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，其原理圖如圖25所示：圖25 Park變換假設(shè)初始時刻兩坐標(biāo)系夾角為，一般令，同時坐標(biāo)系以角速度旋轉(zhuǎn)，根據(jù)等幅變換原則，其變換矩陣為： (28)反變換矩陣為： (29)兩坐標(biāo)系下的進(jìn)網(wǎng)電流之間的關(guān)系是： (210)聯(lián)立式（27）、（28）、（210）可得并網(wǎng)逆變器在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程為： （211）式（211）表明：經(jīng)過Park變換之后，交流變量都轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)的直流變量，兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程可以大大簡化控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計，但是軸和軸分量是耦合的，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性及動態(tài)性[610]。鎖相環(huán)節(jié)的工作原理：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)計中都要設(shè)置鎖相環(huán)節(jié)。 鎖相環(huán)路是一種反饋電路，鎖相環(huán)的英文全稱是PhaseLocked Loop,簡稱PLL。其作用是使得電路上的時鐘和某一外部時鐘的相位同步。因鎖相環(huán)可以實現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中，當(dāng)輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱的由來。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，鎖相環(huán)是一種非常有用的同步技術(shù)，因為通過鎖相環(huán)，可以使得不同的數(shù)據(jù)采集板卡共享同一個采樣時鐘。因此，所有板卡上各自的本地80MHz和20MHz時基的相位都是同步的，從而采樣時鐘也是同步的。因為每塊板卡的采樣時鐘都是同步的，所以都能嚴(yán)格地在同一時刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)：鎖相環(huán)路是一個相位反饋自動控制系統(tǒng)。它由以下三個基本部件組成：鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）。其組成方框圖如下所示：圖6 鎖相環(huán)的基本方框圖鎖相環(huán)的工作原理： 1. 壓控振蕩器的輸出經(jīng)過采集并分頻； 2. 和基準(zhǔn)信號同時輸入鑒相器； 3. 鑒相器通過比較上述兩個信號的頻率差，然后輸出一個直流脈沖電壓； 4. 控制VCO，使它的頻率改變； 5. 這樣經(jīng)過一個很短的時間，VCO 的輸出就會穩(wěn)定于某一期望值。 鎖相環(huán)可用來實現(xiàn)輸出和輸入兩個信號之間的相位同步。當(dāng)沒有基準(zhǔn)（參考）輸入信號時，環(huán)路濾波器的輸出為零（或為某一固定值）。這時，壓控振蕩器按其固有頻率fv進(jìn)行自由振蕩。當(dāng)有頻率為的參考信號輸入時，和同時加到鑒相器進(jìn)行鑒相。如果和相差不大，鑒相器對和進(jìn)行鑒相的結(jié)果，輸出一個與和的相位差成正比的誤差電壓ud，再經(jīng)過環(huán)路濾波器濾去中的高頻成分，輸出一個控制電壓,將使壓控振蕩器的頻率（和相位）發(fā)生變化，朝著參考輸入信號的頻率靠攏，最后使=，環(huán)路鎖定。環(huán)路一旦進(jìn)入鎖定狀態(tài)后，壓控振蕩器的輸出信號與環(huán)路的輸入信號（參考信號）之間只有一個固定的穩(wěn)態(tài)相位差，而沒有頻差存在。這時我們就稱環(huán)路已被鎖定。 環(huán)路的鎖定狀態(tài)是對輸入信號的頻率和相位不變而言的，若環(huán)路輸入的是頻率和相位不斷變化的信號，而且環(huán)路能使壓控振蕩器的頻率和相位不斷地跟蹤輸入信號的頻率和相位變化，則這時環(huán)路所處的狀態(tài)稱為跟蹤狀態(tài)。 鎖相環(huán)路在鎖定后，不僅能使輸出信號頻率與輸入信號頻率嚴(yán)格同步，而且還具有頻率跟蹤特性，所以它在電子技術(shù)的各個領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。主要參考文獻(xiàn)[1] E. Twining, . Holmes. Grid current regulation of a threephase voltage source inverter with an LCL input filter. IEEE 33rd Annual Volume, 2002,3:1189～1194[2] 伍小杰,羅悅?cè)A,喬樹通. 三相電壓型PWM整流器控制技術(shù)綜述[J]. 電工技術(shù)學(xué)報,2005,20(12):7~12[3] 董密，羅安. 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計與控制方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2006,30（20）：97~102[4] 劉飛. 三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行控制策略［D］．武漢:華中科技大學(xué)，2008[5] 黃摯雄，徐保友，沈玲菲. LCL 并網(wǎng)逆變器新型電流雙閉環(huán)控制策略研究［J］．電力系統(tǒng)保護與控制，2012，40(17):1～5[6] 楊國韜，孫志毅，劉立群．基于坐標(biāo)系變換的并網(wǎng)鎖相環(huán)性能分析［J］．自動化儀表，2013，34(5):60～64[7] 周雪松，宋代春，馬幼捷. 光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略[J]. 華東電力,2010,38(1):80~83[8] 王兆安,黃俊. ,2002[9] 李春芳，李樹侖. 我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀. 陽光能源，2003(4):34～35 [10] Meinhardt M, Cramer G. Past, Present and future of grid connected photovoltaic and hybridpowersystems. Proceedings of the IEEE Power Engineering