【正文】 綜上所述，工作量飽滿，符合要求。目前已完成了APF仿真系統(tǒng)的搭建，利用傳統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計法進行了參數(shù)設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的濾波。針對此難點，擬先確定三種場合各自的系統(tǒng)參數(shù)，通過理論分析和仿真驗證來確定各自的輸出特性及其其他特性。憑借此電阻取值范圍，在系統(tǒng)給定穩(wěn)定裕度和衰減比例的前提下，選取合適的阻尼電阻值，最后根據(jù)系統(tǒng)的補償電流大小，確定電阻功率。圖41并聯(lián)APF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（2）在建立的并聯(lián)APF系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對LCL濾波器的無源阻尼法進行研究，無源阻尼可以分別串聯(lián)（并聯(lián)）在LCL濾波器的三個電器元件上，以電容支路串電阻為例。其整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如 圖所示。本課題研究的內(nèi)容需要解決的問題有以下幾點：（1）編寫以阻尼電阻為自變量，以閉環(huán)系統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度為因變量的程序，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度隨阻尼電阻值的變化而變化的關(guān)系；編寫以阻尼電阻為自變量，以閉環(huán)系統(tǒng)的開關(guān)次及其倍頻次諧波電流衰減能力為因變量的程序，分析系統(tǒng)的濾波器衰減比例隨阻尼電阻值的變化而變化的關(guān)系；綜合以上兩個關(guān)系，得到阻尼電阻值的取值范圍；（2）搭建PWM整流、APF和新能源并網(wǎng)三種系統(tǒng)的仿真模型，建立閉環(huán)系統(tǒng)傳函，通過系統(tǒng)的各種狀態(tài)變量研究LCL濾波器在三種場合的設(shè)計原則，在此理論基礎(chǔ)上進行仿真和實驗驗證；（3）在Simulink環(huán)境下模擬SiC器件的高開關(guān)頻率對電網(wǎng)電壓的畸變影響，設(shè)計合適的LCL參數(shù)，確證電網(wǎng)電壓基本不受開關(guān)次及其倍頻次諧波的影響。圖215 單相并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)等效電路模型3 課題研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)難點本文基于APF、PWM整流和新能源并網(wǎng)三個系統(tǒng)，主要研究LCL濾波器無源阻尼法設(shè)計、三種有源阻尼法在三種場合下的選擇原則和采用SiC材料的新型器件對LCL濾波器參數(shù)設(shè)計的影響三個方面的內(nèi)容。圖213 大型光伏拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)忽略配電變壓器和線路上的寄生電阻，當(dāng)N=1時（N表示并網(wǎng)逆變器并聯(lián)臺數(shù)），考慮電網(wǎng)阻抗影響的單相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)如圖214所示。文獻[42, 43, 7684]基于新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)阻抗對LCL濾波器的影響進行了詳細(xì)的研究分析。因此，全狀態(tài)反饋法并不對LCL濾波器諧振進行單獨的阻尼，而是通過全狀態(tài)反饋法直接設(shè)計電流控制器[71]?？紤]零階保持效應(yīng)和數(shù)字控制的一拍滯后時，單狀態(tài)變量反饋能否有效阻尼LCL諧振還取決于諧振頻率與控制頻率的比值。該方法最大優(yōu)點為無需增加傳感器，降低了系統(tǒng)成本，同時也增加了控制可靠性，但是其采用的遺傳算法是一中較為復(fù)雜的控制算法，對控制器要求較高。（a）電容串電阻結(jié)構(gòu)框圖（b）等效的虛擬電阻結(jié)構(gòu)框圖（c）虛擬電阻實現(xiàn)方法結(jié)構(gòu)框圖圖211 虛擬電阻串電容有源阻尼法原理圖文獻[53]基于帶阻濾波器的有源阻尼法[5456]，該方法原理是將電流環(huán)dq軸給定電壓ud、uq通過帶阻濾波器來降低諧振峰值。顯然，虛擬電阻法可以沿用無源阻尼的設(shè)計方法，且更適合用于控制內(nèi)電感電流的場合，同時，內(nèi)電流控制器的性能決定該阻尼方法的阻尼效果。系統(tǒng)控制框圖如圖210所示。超前滯后網(wǎng)絡(luò)修正法[46, 47]是最早提出的有源阻尼方法修正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)如式（）所示，其幅頻特性相當(dāng)于一個高通濾波器。當(dāng)沒有阻尼電阻的時候，系統(tǒng)的一對極點位于單位圓外，此時系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。根據(jù)以上原理，通過式（）和（）可以推算出阻尼電阻上的功率損耗公式為式（）在Matlab中去不同的電阻值，對實際產(chǎn)生的功率損耗進行仿真，其仿真結(jié)果如圖22所示。系統(tǒng)參數(shù)取L=，R=，Lg=，Rg=，Cf= ，T=Ts=。 圖25 網(wǎng)側(cè)電感串并電阻的無源阻尼方法 （） （）圖26無阻尼、網(wǎng)側(cè)電感串聯(lián)或并聯(lián)電阻LCL濾波器的波特圖觀察上述bode圖，可以看出六種無源阻尼方法都可以有效的對諧振尖峰進行抑制。如圖22所示為無阻尼時、濾波電容串、并聯(lián)電阻三種情況下的波特圖，圖24為無阻尼時、逆變器側(cè)電感串、并聯(lián)電阻三種情況下的波特圖，圖26為無阻尼時、電網(wǎng)側(cè)電感串、并聯(lián)電阻三種情況下的波特圖。PenaAlzola, [83]，并且為了應(yīng)對電網(wǎng)電感變化提出了估計共振頻率的傅里葉分析的方法。上述有源阻尼方案都需要增加額外的電流或者電壓傳感器，增加了系統(tǒng)成本。趙仁德等對LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器中阻尼電阻對系統(tǒng)穩(wěn)定性、濾波效果及功率損耗的影響其進行了詳細(xì)分析。目前常用的濾波器有L型和LCL型。有源阻尼方法[25]避免了無源阻尼的損耗問題，一直是研究的熱點問題，主要有網(wǎng)絡(luò)修正法、虛擬電阻法、基于雙帶阻濾波器、單狀態(tài)變量反饋至電壓指令處和全狀態(tài)變量反饋法。解決這個問題有兩種方法[21]：一種方法叫做“無源阻尼法”（Passive Damping），它是通過在電容上串聯(lián)或并聯(lián)電阻來改變電路結(jié)構(gòu)，從而衰減諧振作用；另一種方法叫做“有源阻尼法”（Active Damping），它是通過修正控制算法來使系統(tǒng)達到穩(wěn)定，消除諧振作用。圖13 Ginv（s）的幅頻特性圖圖13為具有相同電感量的L型濾波器和LCL濾波器的的幅頻特性比較。LCL濾波器除了可以較好地抑制開關(guān)紋波電流，還可以減輕開關(guān)紋波電壓對電網(wǎng)的污染。LCL的基本思想是利用加入的電容支路為高頻開關(guān)紋波電流提供低阻通路，起到對高頻分量的旁路作用，減少注入電網(wǎng)的紋波電流。目前輸出濾波器常用的主要有L型和LCL型兩種結(jié)構(gòu)，二者電路結(jié)構(gòu)如圖12所示。為了抑制諧振必須采用適當(dāng)?shù)淖枘嵋种撇呗?。目前，主要的輸出濾波器主要有兩種：L型和LCL型。有源電力濾波器主要用于濾除整流器等負(fù)載設(shè)備中產(chǎn)生的諧波，同時有源電力濾波器自身也會產(chǎn)生開關(guān)頻率或開關(guān)頻率整數(shù)倍的諧波，這些高頻開關(guān)次諧波會影響有源電力濾波系統(tǒng)的穩(wěn)定，導(dǎo)致其不能正常工作，同時高次諧波進入電網(wǎng)，影響其他設(shè)備的正常運行。電壓源型PWM整流器有許多優(yōu)點，如能量可以雙向流動，功率因數(shù)可控，網(wǎng)側(cè)輸入電流接近正弦[3]。諧波來自于諧波源，現(xiàn)在主要的諧波源分為兩種：電力電子裝置和鐵磁性的非線性設(shè)備，現(xiàn)在最大的諧波源就是電力電子裝置。諧波的存在導(dǎo)致電網(wǎng)中的元器件產(chǎn)生附加損耗，影響電氣設(shè)備正常運行；諧波還有可能導(dǎo)致電網(wǎng)的串并聯(lián)諧振是電網(wǎng)中的諧波電流放大，造成更加嚴(yán)重的后果；諧波還會影響相鄰的通信設(shè)備，輕者產(chǎn)生噪聲干擾，重者直接導(dǎo)致信息丟失等等諸多方面[2]。但是整流器的開關(guān)器件開關(guān)頻率約為215KHz，不可能達到理想狀態(tài)，會產(chǎn)生開關(guān)頻率或開關(guān)頻率整數(shù)倍的諧波，該諧波進入電網(wǎng)后會影響電網(wǎng)上對電磁干擾敏感的負(fù)載，會產(chǎn)生損耗[4, 5]。因此，在電壓源型PWM整流器、并網(wǎng)逆變器等設(shè)備中選擇和設(shè)計合適的輸出濾波器是尤為重要的[69]。L型濾波器也稱之為一階輸出濾波器或者單電感輸出濾波器，結(jié)構(gòu)非常簡單，控制方便?，F(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[1416]。圖12 L型和LCL型濾波器L型濾波器因其結(jié)構(gòu)簡單、控制性能好的優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。網(wǎng)側(cè)電感L2和電容C分別對開關(guān)紋波電流呈現(xiàn)高阻和低阻，二者相互配合實現(xiàn)對高頻紋波的并聯(lián)分流，保證濾波效果。因為逆變橋側(cè)電感L1和濾波電容C對高頻紋波電壓進行串聯(lián)分壓，由于電感和電容分別對高頻分量呈現(xiàn)低阻抗和高阻抗，紋波電壓主要由L1承擔(dān)，電網(wǎng)承擔(dān)的紋波電壓就大為減少。可以看出：在諧振頻率以下，二者的頻率特性相同；諧振頻率以上，LCL濾波器的衰減率為60dB/十倍頻，遠高于單電感的20dB/十倍頻。電容串電阻[2224]為最常用的無源阻尼方法，該方法結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠，在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用，電阻越大，諧振抑制效果越好。已經(jīng)有很多基于有源阻尼技術(shù)的電流控制方案。LCL型濾波器自身存在諧振問題，需要采用適當(dāng)?shù)淖枘岱椒ㄟM行抑制。虛擬電阻法是在2002由澳大利亞的DAHONO P基于LC濾波器首次提出的，伍小杰等提出了一種新的電容并聯(lián)電阻的虛擬電阻法[40]。肖華等提出了一種增加傳感器的基于帶通濾波器的并網(wǎng)逆變器LCL型濾波器的有源阻尼控制方法。下面對六種無源阻尼方法進行分析。如圖21所示為濾波電容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G1(s)和G2(s)分別是式()和()。各器件并聯(lián)電阻時，電阻越小，諧振抑制效果越好，串聯(lián)電阻時，電阻越大，諧振抑制效果越好。通過圖27可知，加入阻尼電阻后諧振幅值得到了很好的抑制。 () （） （）通過圖28可知，當(dāng)阻尼電阻Rd從5每次增加5，增加到60，阻尼電阻上產(chǎn)生的功率損耗時隨著電阻的增加逐漸減小的。隨著阻尼電阻的增加，極點先向圓心靠近，說明系統(tǒng)穩(wěn)定性在增強，而當(dāng)極點靠近圓心后，當(dāng)阻尼電阻繼續(xù)增加時，極點遠離圓心，說明這時系統(tǒng)穩(wěn)定性在下降。該有源阻尼的實現(xiàn)方法為：傳感器測得電容電壓，坐標(biāo)變換至dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，通過修正網(wǎng)絡(luò)負(fù)反饋至電流環(huán)控制器輸出處。該有源阻尼不會帶來功率損耗，但是需要檢測電容電壓，且難以確定網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)：分度系數(shù)、時間常數(shù)和放大系數(shù)。如果以輸出電流作為控制目標(biāo)，比如APF，電流控制器必須采用雙環(huán)或者多環(huán)控制結(jié)構(gòu)，因此虛擬電阻法的應(yīng)用范圍受到限制。為了能使系統(tǒng)在穩(wěn)定的情況下達到良好的動態(tài)性能，采用遺傳算法來優(yōu)化選擇濾波器參數(shù)。 （）圖212 基于