【正文】 CE), 2012 IEEE[Z]. Raleigh, NC: IEEE, 2012 579586.[84] Liu C, Zhao Z, Lu T, et al. Design and implement of an active damping LCLfilter for threelevel voltage source PWM rectifier: Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2011 International Conference on[Z]. Beijing: IEEE, 2011 15.24。本課題在完成以上理論分析和仿真驗(yàn)證的工作后，通過實(shí)驗(yàn)平臺對其進(jìn)行驗(yàn)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(bǔ)償特性，對參數(shù)設(shè)計(jì)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(jì)。7 課題估計(jì)工作量本課題以LCL濾波器為研究對象，主要對其在不同場合下的參數(shù)設(shè)計(jì)原則、阻尼方法的設(shè)計(jì)和采用SiC材料的新型器件情況下參數(shù)和阻尼方法的設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行研究。（2）本課題需要考慮新型器件的特性對電網(wǎng)電壓的影響，采用SiC材料的新型器件的器件特性是第二個(gè)研究難點(diǎn)。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(bǔ)償需要，給出對應(yīng)的LCL參數(shù)和阻尼方法的設(shè)計(jì)；（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(jì)方法；6 課題研究難點(diǎn)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(jì)，故三種環(huán)境下的逆變器輸出特性是研究難點(diǎn)。（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(jì)原則，通過反饋控制原理對兩種有源阻尼法的設(shè)計(jì)機(jī)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(yàn)證，并在實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)計(jì)算得到的傳函，調(diào)節(jié)阻尼電阻的大小，分別畫出穩(wěn)定裕度（幅值或相位）和開關(guān)次諧波衰減比例的變化曲線，分別得到系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)的電阻值和系統(tǒng)所需要的最小衰減比例所對應(yīng)的電阻值，求取既能保證系統(tǒng)穩(wěn)定又能滿足衰減比例的電阻取值范圍。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖42所示，通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以寫出閉環(huán)傳函如式（41）。LCL濾波器的參數(shù)經(jīng)過傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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=。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。1次諧波的，其整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括諧波檢測環(huán)節(jié)、電流跟蹤控制環(huán)節(jié)和電流逆變調(diào)制環(huán)節(jié)三個(gè)部分，調(diào)制得到的諧波補(bǔ)償電流經(jīng)過LCL濾波器進(jìn)入電網(wǎng)。4 課題研究計(jì)劃、技術(shù)路線及方案 研究工作的總體安排和進(jìn)度目前已完成的工作：（1）閱讀文獻(xiàn)，了解國內(nèi)外現(xiàn)有成果，完成有關(guān)有源電力濾波系統(tǒng)中LCL濾波器的文獻(xiàn)收集；（2）在Simulink環(huán)境下完成了對有源電力濾波系統(tǒng)的仿真搭建，對LCL濾波器的傳統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，分析了在電容支路串電阻時(shí)其對濾波效果和功率損耗的影響；（3）完成了對虛擬電阻法和電容電流反饋法兩種有源阻尼法理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證；表41剩余工作安排起止日期階段工作內(nèi)容及計(jì)劃完成的指標(biāo)~研究無源阻尼法的設(shè)計(jì)，在給定穩(wěn)定裕度和衰減能力的情況下，通過計(jì)算得到電阻值和電阻功率~研究兩種有源阻尼法在是三種應(yīng)用場合的選擇原則，明確給出在三種場合的有源阻尼法的選擇指標(biāo)~探究采用SiC材料的新型器件對LCL濾波器設(shè)計(jì)的影響，給出產(chǎn)生影響的理論分析和相應(yīng)的參數(shù)設(shè)計(jì)改進(jìn)~進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證~相關(guān)資料整理工作和完成論文初稿~完善論文，準(zhǔn)備答辯本文要對APF、PWM整流和新能源并網(wǎng)三種場合下的LCL濾波器進(jìn)行分析研究，在介紹課題的方案及擬采用的方法和手段時(shí)以APF系統(tǒng)為例。本課題研究內(nèi)容的創(chuàng)新性主要有以下三點(diǎn)：（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(yàn)證其正確性，但是沒有對有源阻尼法的設(shè)計(jì)機(jī)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(jì)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(jì)都會(huì)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(jì)。論文的主要工作如下：（1）無源阻尼法的設(shè)計(jì)基于APF系統(tǒng)研究LCL濾波器無源阻尼法設(shè)計(jì)，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(gè)器件上面，實(shí)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(huì)產(chǎn)生影響，同時(shí)阻尼電阻會(huì)產(chǎn)生額外的功率損耗，基于阻尼電阻對以上三個(gè)方面產(chǎn)生的影響，分別通過系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度和濾波器的開關(guān)次及其倍頻處諧波電流衰減能力選擇阻尼電阻的取值，通過阻尼電阻產(chǎn)生的功率損耗選擇電阻的電阻功率；（2）有源阻尼法在三種場合的選擇原則有源阻尼法可以解決無源阻尼法帶來的額外功率損耗問題，但是有源阻尼法需要改變系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定影響。在相同的工作條件下，即當(dāng)各臺并網(wǎng)逆變器的輸出側(cè)電壓ur1=ur2=…=urn=ur0時(shí)，電網(wǎng)阻抗Lg被放大了n倍，等效于每臺并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的等效電路模型如圖215所示。圖中，ur表示并網(wǎng)逆變器輸出側(cè)電壓,i2表示并網(wǎng)側(cè)電流，ua和ia分別表示電網(wǎng)電壓及并網(wǎng)電流，ug表示并網(wǎng)點(diǎn)電壓。同時(shí)，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(shí)，不影響剩余各組的工作，便于對各組進(jìn)行獨(dú)立控制。大型光伏電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖213所示，圖中，Zg表示配電變壓器漏抗等效成電網(wǎng)阻抗。在電壓型PWM整流器、并網(wǎng)逆變器和有源電力濾波器等場合，由于都需要用LCL濾波器來濾除電力電子器件產(chǎn)生的開關(guān)紋波，因此在不同的場合選擇合適的有源阻尼策略是非常必要的。全狀態(tài)反饋法最大的缺點(diǎn)是需要采樣系統(tǒng)完整的狀態(tài)信息，硬件成本較高。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(diǎn)。由于離散化的影響，采用電容電流比例反饋和電容電壓微分反饋的阻尼效果也會(huì)有所不同，各有各的適用范圍[70]。采用電容電壓作為反饋量時(shí)，為了避免純微分環(huán)節(jié)放大噪聲，通常以超前環(huán)節(jié)或高通濾波器代替微分環(huán)節(jié)[59, 6769]。 （）圖212 基于雙帶阻濾波器的有源阻尼法的矢量控制系統(tǒng)不考慮PWM調(diào)制環(huán)節(jié)時(shí)，只有將電容電流比例反饋至濾波器輸入電壓處才能對LCL濾波器諧振進(jìn)行有效的阻尼[57, 58]比例反饋也可以等效的用電容電壓微分反饋代替。由于帶阻濾波器會(huì)引起相位移動(dòng)，所以實(shí)用帶通濾波器來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)，控制框圖如圖212所示。為了能使系統(tǒng)在穩(wěn)定的情況下達(dá)到良好的動(dòng)態(tài)性能，采用遺傳算法來優(yōu)化選擇濾波器參數(shù)。此外，與無源阻尼法一樣，該阻尼方法影響LCL濾波器的高頻衰減特性。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。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。該有源阻尼不會(huì)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(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)。文獻(xiàn)[43]描述了采用高通濾波器實(shí)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)修正有源阻尼法，因?yàn)楦咄V波器會(huì)有高頻干擾，進(jìn)而采用低通濾波器實(shí)現(xiàn)高通濾波。該有源阻尼的實(shí)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。圖29 不同阻尼電阻時(shí)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(diǎn)研究問題，下面對幾種主要有源阻尼方法進(jìn)行綜述。隨著阻尼電阻的增加，極點(diǎn)先向圓心靠近，說明系統(tǒng)穩(wěn)定性在增強(qiáng)，而當(dāng)極點(diǎn)靠近圓心后，當(dāng)阻尼電阻繼續(xù)增加時(shí)，極點(diǎn)遠(yuǎn)離圓心，說明這時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性在下降。這時(shí)，做出的零極點(diǎn)變化情況如圖29所示，隨著阻尼電阻的增加，其中一對極點(diǎn)變化非常劇烈，而另外一對極點(diǎn)變化非常緩慢，主要根據(jù)那對變化劇烈的極點(diǎn)在單位圓內(nèi)的位置來確定合適的電阻值。 () （） （）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(shí)隨著電阻的增加逐漸減小的。圖27不同阻尼電阻時(shí)Ginv（s）的幅頻特性對于高頻諧波電流來