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第29卷第18期中国电机工程学报 V ol.29 No.18 Jun. 25, 20092009年6月25日 Proceedings of the CSEE ©2009 Chin.Soc.for Elec.Eng. 15 文章编号:0258-8013 (2009 18-0015-06 中图分类号:TM 77 文献标志码:A 学科分类号:470⋅40基于LCL滤波器的并联有源电力滤波器电流闭环控制方法仇志凌,杨恩星,孔洁,陈国柱(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市 310027Current Loop Control Approach for LCL-based Shunt Active Power FilterQIU Zhi-ling, YANG En-xing, KONG Jie, CHEN Guo-zhu(College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang Province, ChinaABSTRACT: Shunt active power filter (APF is suitable for compensation of current-type harmonics generated by nonlinear load, but high compensation precision is difficult to be achieved due to very high slew? rate of harmonic current, output impendence of voltage source converter (VSC and control loop phase lag. LCL-filter reserving sufficient attenuation ration for switching ripple with small LC parameters is suitable to be used as output filter to get high slew rate of compensation current. However, LCL-filter, as a three order one, is difficult to be stable. A simple control method is proposed with one beat delay introduced to feedback current. Meanwhile, repetitive control algorithm, as outer control loop, is adopted to eliminate steady-state error of the whole control system. Based on this double-loop control scheme, very high quality steady-state grid current waveform and fast dynamic response can be obtained. Simulation results validate the feasibility of the method proposed by this paper.KEY WORDS: shunt active power filter; high quality grid current waveform; LCL-filter stabilize; repetitive control摘要:并联有源电力滤波器(active power filter,APF需要具有较高的补偿带宽和较低的开关纹波含量。
分布式发电系统中LCL滤波并网逆变器电流控制研究综述一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，分布式发电系统以其清洁、高效、灵活的特点，正逐渐受到人们的广泛关注。
其中，并网逆变器作为分布式发电系统中的重要组成部分，其性能直接影响到整个系统的稳定性和效率。
因此，对并网逆变器的控制策略进行研究，具有重要的理论和现实意义。
本文旨在对分布式发电系统中LCL滤波并网逆变器的电流控制策略进行综述。
介绍了分布式发电系统和并网逆变器的基本概念和发展现状，阐述了LCL滤波器在并网逆变器中的应用及其优势。
然后，重点分析了LCL滤波并网逆变器的电流控制策略，包括传统控制策略和现代控制策略，如PI控制、PR控制、无差拍控制、重复控制、滑模控制以及基于智能算法的控制策略等。
对各类控制策略的特点、优缺点进行了详细比较和评价，指出了未来研究的方向和趋势。
通过本文的综述，旨在为读者提供一个全面、深入的理解分布式发电系统中LCL滤波并网逆变器电流控制策略的知识平台，为相关研究和应用提供有益的参考。
二、分布式发电系统概述分布式发电系统（Distributed Generation，DG）是一种新型的电力供应模式，它强调将小型的、模块化的发电单元分散布置在用户附近，与用户直接相连或通过短距离的电网相连。
这种发电模式与传统的集中供电模式相比，具有更高的灵活性、可靠性和环保性。
DG系统通常采用的发电技术包括风力发电、光伏发电、生物质能发电、小水电、燃料电池等可再生能源发电技术，也有天然气发电、微型燃气轮机等清洁高效的发电技术。
分布式发电系统的优点主要体现在以下几个方面：它可以有效缓解电网的供电压力，提高电力系统的稳定性；由于DG系统通常靠近用户，因此可以减少电能在长距离输送过程中的损失，提高能源利用效率；DG系统使用的多为可再生能源，符合绿色、低碳、可持续的能源发展趋势，对保护环境、减少温室气体排放具有重要意义。
然而，分布式发电系统也面临着一些挑战和问题。
三相并网逆变器LCL滤波特性分析及控制研究一、概述随着可再生能源的快速发展，三相并网逆变器在分布式发电系统中扮演着越来越重要的角色。
由于并网逆变器产生的谐波会对电网造成污染，影响电能质量，滤波器的设计成为了一个关键问题。
LCL滤波器以其良好的滤波效果和较小的体积优势，在三相并网逆变器中得到了广泛应用。
LCL滤波器由电感、电容和电感组成，其特性分析对于优化滤波效果、提高电能质量具有重要意义。
本文将对三相并网逆变器LCL滤波器的滤波特性进行深入分析，包括其频率特性、阻抗特性等，以揭示其滤波机理和影响因素。
为了充分发挥LCL滤波器的优势，对逆变器的控制策略进行研究也是必不可少的。
本文将对三相并网逆变器的控制策略进行探讨，包括传统的PI控制、无差拍控制以及基于现代控制理论的先进控制策略等。
通过对不同控制策略的比较和分析，旨在找到最适合LCL滤波器的控制方法，以提高并网逆变器的性能和稳定性。
本文旨在通过对三相并网逆变器LCL滤波特性的分析和控制研究，为优化滤波效果、提高电能质量提供理论支持和实践指导。
这不仅有助于推动可再生能源的发展，也为电力电子技术的创新和应用提供了新的思路和方法。
1. 研究背景和意义随着可再生能源的快速发展和智能电网建设的深入推进，三相并网逆变器作为新能源发电系统与电网之间的关键接口设备，其性能与稳定性对于电力系统的安全、高效运行至关重要。
在实际应用中，并网逆变器产生的谐波会对电网造成污染，影响电能质量。
为了降低谐波污染，提高电能质量，LCL滤波器因其良好的滤波性能被广泛应用于三相并网逆变器中。
LCL滤波器作为一种典型的无源滤波器，能够有效地抑制并网逆变器产生的高频谐波，降低其对电网的污染。
LCL滤波器的引入也给并网逆变器的控制系统带来了新的挑战。
一方面，LCL滤波器的参数设计需要综合考虑滤波效果和系统稳定性另一方面，由于LCL滤波器固有的谐振特性，如果不加以控制，很容易引发系统振荡，影响逆变器的正常运行。
LCL 滤波并网逆变器的控制策略姚 楠,林 立（邵阳学院,422000）摘要：本文关于LCL 滤波并网逆变器的控制研究，研究了最合适的关于LCL 滤波并网逆变器的控制方案。
在开关的频率保持在同一个水准的时候在一个开关的周期内，研究组进行了对于逆变器的多次采样研究，有效地减少了在数字技术下控制的延时情况，提高了系统中本来的控制范围与延时时间。
在定量分析的方式下，小组中的研究人员已经证实的开展了对LCL 滤波并网逆变器本质性能的研究，分析了它的优势性能。
与常规有源阻尼多环结构相比,该方案采用电流单环控制即可实现系统稳定,无需增加传感器,从而简化了控制结构。
在最后，研究人员也同时通过了实验来对LCL 滤波并网逆变器的性能进行了验证分析。
关键词：LCL 滤波器；并网逆变器；多次采样；控制延时Control strategy of grid connected inverter with Yang Wenchi LCLfilterYao Nan,Lin Li（Shaoyang University,422000）Abstract ：In this paper,a grid connected inverter with LCL filter control research,the control scheme of the most suitable for grid connected inverter with LCL filter.In the switching frequency remained at the same level of in a switching period,study group were for inverter multiple sampling study,effectively reduces the delay in digital control,to improve the system in the original control and delay time.In quantitative analysis,group of researchers has confirmed the carried out research on grid connected inverter with LCL filter is the essential properties,analyzes its performance advantages.With conventional active damping polycyclic structure.Ratio,the scheme using the current single loop control system can achieve a stable, without increasing the number of sensors,thus simplifying the structure control. Finally, the researchers also at the same time,through the experiment to the performance of grid connected inverter with LCL filter were analysis and verification.Keywords ：LCL filter; grid connected inverter;multiple sampling;control delay 1 前言1.1 研究的背景二十一世纪以来，随着人口的增长，这也使得我国的电力能源消耗日益增长，对于电力电子领域的需求量也越来越大。
采用LCL滤波器的并网逆变器双闭环入网电流控制技术一、本文概述随着可再生能源的快速发展，并网逆变器在电力系统中的应用越来越广泛。
并网逆变器的主要功能是将分布式电源（如光伏、风电等）产生的电能转换为与电网同频同相的交流电，并安全、高效地并入电网。
然而，并网逆变器在并网过程中会产生谐波和电气噪声，对电网造成污染。
为了改善并网电流的质量，采用滤波器对并网电流进行滤波处理成为一种有效的解决方案。
本文重点研究采用LCL滤波器的并网逆变器双闭环入网电流控制技术。
LCL滤波器以其优良的滤波性能和较小的体积优势，在并网逆变器中得到了广泛应用。
双闭环入网电流控制技术则通过内环电流控制和外环电压控制，实现对并网电流的精确控制。
本文首先介绍了LCL滤波器的基本原理及其在并网逆变器中的应用，然后详细阐述了双闭环入网电流控制技术的实现方法，包括内环电流控制策略和外环电压控制策略。
通过仿真和实验验证了所提控制技术的有效性和优越性。
本文的研究对于提高并网逆变器的并网电流质量、减小对电网的污染以及推动可再生能源的发展具有重要意义。
本文的研究结果也可为其他类型的滤波器设计以及更先进的并网电流控制技术的研究提供参考。
二、LCL滤波器的基本原理与特性LCL滤波器是一种三阶滤波器，它在并网逆变器的应用中起到了关键作用。
相比于传统的L型或LC型滤波器，LCL滤波器具有更好的谐波抑制能力和更高的滤波效果。
其基本原理和特性主要体现在以下几个方面。
基本原理：LCL滤波器由两个电感（L）和一个电容（C）组成，形成一个π型结构。
在并网逆变器的输出端，LCL滤波器可以有效地滤除高频谐波，使输出电流接近正弦波，从而满足电网对电能质量的要求。
同时，由于LCL滤波器的三阶特性，它可以在不增加额外损耗的情况下，实现更好的谐波抑制效果。
高滤波性能：由于LCL滤波器的三阶特性，它在抑制高频谐波方面具有显著优势。
相比于传统的L型或LC型滤波器，LCL滤波器可以更有效地滤除高频谐波，提高输出电流的质量。
基于LCL型并网滤波器的优化设计方案研究LCL型并网滤波器是一种有效降低电网中谐波电压和电流的设备，广泛应用于各种电力系统中。
为了进一步提高LCL型并网滤波器的性能和效率，本文将针对其优化设计方案展开研究。
首先，为了优化LCL型并网滤波器的设计方案，需要进行电网的谐波特性分析和滤波器的需求分析。
通过对电网的谐波频率、幅值和相位的检测和分析，可以确定滤波器的谐波抑制要求和工作频段。
此外，还需要分析并网滤波器所处的电网环境、电网容量和谐波源的位置，以确定滤波器的尺寸和工作要求。
其次，对于LCL型并网滤波器的优化设计方案，需要考虑滤波器的结构和参数的选择。
结构上，可以考虑采用多种滤波回路并联的方式，提高滤波器的谐波抑制性能。
参数上，可以通过选取合适的电感、电容和电阻数值，以及合理的放置方式，使滤波器的谐波阻抗匹配和谐波抑制性能达到最优。
另外，为了进一步优化LCL型并网滤波器的设计方案，可以考虑引入先进的控制算法和器件。
例如，可以利用自适应滤波算法、优化控制算法和预测控制算法来实现滤波器的自适应工作和优化控制。
此外，还可以引入高性能器件，如IGBT管、SiC元件和磁电阻器等，提高滤波器的开关频率和功率密度。
最后，为了验证优化设计方案的有效性，可以进行仿真和实验验证。
通过建立合适的电网和滤波器模型，并进行电网谐波仿真和滤波器性能测试，可以评估设计方案的性能和优化效果。
根据仿真和实验结果，可以对设计方案进行调整和改进，以实现更好的滤波器性能和效率。
综上所述，基于LCL型并网滤波器的优化设计方案研究，需要进行电网的谐波特性分析和滤波器的需求分析，考虑滤波器的结构和参数选择，引入先进的控制算法和器件，以及进行仿真和实验验证。
通过这些工作的开展，可以使LCL型并网滤波器在降低电网谐波电压和电流方面的性能和效率得到进一步提高。
第29卷第27期中国电机工程学报 V ol.29 No.27 Sep. 25, 200936 2009年9月25日 Proceedings of the CSEE ©2009 Chin.Soc.for Elec.Eng.文章编号：0258-8013 (2009) 27-0036-06 中图分类号：TM 76 文献标志码：A 学科代码：470·40采用LCL滤波器的并网逆变器双闭环入网电流控制技术徐志英，许爱国，谢少军(南京航空航天大学自动化学院，江苏省南京市 210016)Dual-loop Grid Current Control Technique for Grid-connected Inverter Using An LCL FilterXU Zhi-ying, XU Ai-guo, XIE Shao-jun(School of Automation, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu Province, China)ABSTRACT: Grid connected inverter can attenuate high frequency harmonics effectively through an LCL filter which has potential benefits for the inverter to get higher harmonic performance with lower switching frequency and less inductance in contrast with L filter. However, LCL filter is a third order system without damping and easy to resonate. In order to eliminate resonance and improve system stability, dual-loop control strategy with grid current feedback and capacitor current feedback was proposed in this paper, where inner capacitor current regulation is adopted for active damping. System modeling and stability analysis were presented. The simulation and experiment results proved that the dual-loop current control strategy for grid-connected inverter with LCL filter is feasible, the resonance of grid current is avoided and high in-grid power factor is achieved.KEY WORDS: LCL filter; grid-connected inverter; dual-loop current controller; capacitor current feedback摘要：并网逆变器采用LCL滤波对高次谐波衰减效果显著，而且在低开关频率和电感较小的情况下较单电感滤波具有明显的优势。
基于LCL滤波器的三相并网逆变器的研究一、本文概述随着可再生能源的广泛应用和电力电子技术的快速发展，三相并网逆变器在分布式发电、微电网以及电能质量控制等领域中发挥着越来越重要的作用。
并网逆变器的主要功能是将直流电能转换为与电网电压同步的三相交流电能，并稳定、可靠地并入电网。
在这一过程中，滤波器的设计对于保证电能质量、抑制谐波干扰以及提高系统稳定性具有关键性的作用。
LCL滤波器作为一种常用的并网逆变器滤波器，其独特的结构和性能优势使得它在三相并网逆变器中得到了广泛应用。
LCL滤波器能够在高频段提供更大的阻抗，从而更有效地抑制谐波和电磁干扰，提高电能质量。
同时，LCL滤波器的设计灵活性较高，可以通过调整滤波器的参数来优化系统的性能。
因此，研究基于LCL滤波器的三相并网逆变器具有重要的理论意义和实践价值。
本文旨在深入研究基于LCL滤波器的三相并网逆变器的设计、控制策略及优化方法。
将对LCL滤波器的基本原理和特性进行详细的分析和讨论，为后续的研究奠定基础。
然后，本文将研究三相并网逆变器的数学模型和控制策略，分析其在不同运行条件下的动态性能和稳定性。
在此基础上，本文将探讨LCL滤波器参数优化方法，以提高并网逆变器的电能质量和系统稳定性。
本文将通过实验验证所提方法的有效性和可行性，为实际工程应用提供指导和借鉴。
通过本文的研究，期望能够为三相并网逆变器的设计和优化提供新的思路和方法，推动可再生能源和电力电子技术的发展和应用。
二、LCL滤波器基本原理LCL滤波器是一种广泛应用于三相并网逆变器中的无源滤波器，其主要功能是在逆变器与电网之间提供一个阻抗匹配，减少谐波污染，并改善系统的动态响应。
LCL滤波器的名称来源于其结构特点，即由电感（L）、电容（C）和另一个电感（L）串联而成。
谐波抑制：由于电容C的存在，LCL滤波器在特定频率下具有低阻抗特性，可以有效滤除逆变器产生的高频谐波，减少谐波对电网的污染。
阻抗匹配：LCL滤波器的电感L和电容C的组合可以调整滤波器的阻抗特性，使之与逆变器和电网的阻抗相匹配，减少因阻抗不匹配引起的反射波和谐波振荡。
基于单周期控制的LCL并网逆变器控制策略研究∗杨旭红;何超杰【摘要】A digital one-cycle control (OCC) technology was adopted to improve the control performance of grid-connected inverter with LCL filter which could inhabit the input disturbance of voltage source and improve the system dynamic response. The dual closed-loop feedback control was implemented with the inner loop of capacitor current and the outer loopof grid-tied current. Moreover, an OCC bipolar control algorithm was analyzed and designed to modulate the duty cycle signals of the inverter switches from the inner loop output signals. Proportional (P) control at the feedback channel of the inner loop and Proportional-integral (PI) controlat the forward channel of the outer loop were adopted in proposed system. The principle was analyzed mathematically that a trap filter formed by capacitor current feedback restrained LCL resonance and the parametersof filters and controllers was designed. On the basis of MATLAB/Simulink platform, a model of grid-connected inverter with LCL filter was established and the results of simulation were analyzed to verify feasibility of the strategy.%采用单周期数字控制技术以提高LCL型并网逆变器对电压源侧输入扰动的抑制能力和系统的动态响应，以电容电流反馈作为内环、入网电流反馈作为外环的双闭环反馈控制为系统的主要结构。
LCL 滤波电压源并网逆变器多环控制策略设计杨淑英1,张 兴1,张崇巍1,谢 震1,曹仁贤2(1.合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽省合肥市230009;2.合肥阳光电源有限公司,安徽省合肥市230088)摘要:电压源并网逆变器交流侧采用LCL 滤波器进行滤波,在获得较好滤波效果的同时,也增加了系统复杂性,降低了系统稳定性。
逆变器并网电能质量及其功率因数,尤其在非理想电网条件下,通常需要直接并网电流控制加以确保。
而桥臂侧电流的控制能较好地将桥臂电流限制在电力电子功率模块的允许范围内,并且较好的桥臂电流有利于电力电子功率模块的有效工作。
为实现上述目的,针对LCL 滤波电压源并网逆变器,设计了以桥臂电流、电容电压以及并网电流为反馈量的串联多环控制策略。
同时为了较好地抑制系统振荡,提高系统阻尼特性,在桥臂电流内环中增加了基于超前—滞后网络的有源阻尼控制技术,构成有源阻尼多环复合控制方案。
文中对多环控制系统设计及有源阻尼环节参数选取等问题进行了讨论。
通过对11kW 的LCL 滤波并网逆变器进行仿真与实验,验证了理论分析和方案设计的正确性。
关键词:多环控制策略;有源阻尼;LCL 滤波器;并网逆变器收稿日期:2010-04-28;修回日期:2010-08-09。
高等学校博士学科点专项基金资助项目(200803591042);安徽省自然科学基金资助项目(090412049)。
0 引言LC L 滤波器对电压源逆变器(VSC )交流侧谐波电流具有较好的抑制能力,因此在大功率应用场合通常采用LC L 滤波器取代常规L 滤波器作为VSC 交流侧滤波器。
相比于L 滤波器,LC L 滤波器在获得较好滤波特性的同时,其欠阻尼特性不利于系统的稳定运行。
目前多数文献仍然沿用常规L -VSC 的单环控制策略对LC L -VSC 桥臂电流进行反馈控制,并将其研究重点放在系统稳定性的改善上,如基于虚拟电阻的有源阻尼控制策略[1-2]、基于超前—滞后网络的有源阻尼控制策略[3]、基于带阻滤波器的有源阻尼控制策略[4-5]、基于桥臂侧电感电压的有源阻尼控制策略[6]等。
有源阻尼控制策略的采用,虽然能够在一定程度上提高系统阻尼特性,改善系统运行稳定性,但其并网电流依然为开环控制,难以保证VSC 并网电能质量和功率因数的准确控制。
文献[7-9]虽然报道了以并网电流作为反馈量进行直接并网电流控制的单环控制方案,但该方案的稳定性和动态性能较差,且桥臂电流质量难以保证。
文献[10]对比了网侧电流反馈与桥臂侧电流反馈的控制性能。
文献[11-12]在并网电流控制的基础上增加了电容电流的反馈控制,在一定程度上改善了系统的运行性能。
为了获得较好的运行性能,对LCL -VSC 的并网电流和桥臂电流均需直接加以控制,如为了确保LCL -VSC 并网电能质量和功率因数,需要对并网电流进行直接控制,而为了确保VSC 中电力电子功率模块的安全性和运行质量,需要对其桥臂电流直接加以控制。
为此,需要设计能够同时对并网电流和桥臂电流实施直接控制的多环控制方案。
另外,从系统稳定性和控制的物理机理考虑,这一多环控制结构从里至外应分别以桥臂电流、电容电压以及并网电流为被控变量[13]。
尽管多环控制策略的实施,在实现桥臂电流、并网电流直接控制的同时,也使得系统稳定性得到改善,但LCL 滤波器的内在欠阻尼特性依然不利于系统稳定性,为此,本文在多环控制的基础上提出了有源阻尼多环复合控制方案。
一方面,该方案通过并网电流和桥臂电流的直接控制确保了LC L -VSC 的并网电能质量和电力电子功率模块的有效运行;另一方面,阻尼控制策略的引入,进一步对LC L 滤波器的欠阻尼振荡特性进行了抑制,进而提高了系统运行的稳定性。
本文对LCL -VSC 数学模型及其频率特性进行讨论,以此为基础设计了LC L -VSC 多环控制结构,分析了有源阻尼多环复合控制策略,讨论了超前—滞后网络参数的选取问题。
11kW 的LC L -VSC 系统仿真与实验验证了理论分析和控制系统设计的正确性以及有源阻尼多环复合控制方案的稳定性。
—66—第35卷 第5期2011年3月10日Vo l .35 N o .5M ar .10,20111 数学建模图1所示为LC L 滤波器的单相等效电路及其框图模型。
图1 LCL 滤波器的单相等效电路及其框图模型Fig .1 Single phase equivalent circuit and its blockmodel of a LCL filter由图1不难推出以变量V 1(s )和V 2(s )为输出量,以变量I 2(s ),I 1(s )和V C f (s )为状态变量的LC L 滤波器传递函数矩阵如下:0L 2s +R 21L 2s +R 20-1C f R d s +1-C f R d s +1C f s I 1(s )I 2(s )V C f (s )= V 2(s )-V 1(s )0(1)式中:I 1和V 1分别为桥臂侧电流和电压;I 2和V 2分别为网侧电流和电压;V C f 为电容电压;L 1和R 1分别为桥臂侧电感及其等效电阻;L 2和R 2分别为网侧电感及其等效电阻;C f 和R d 分别为滤波电容及电容支路阻尼电阻。
将式(1)重新表述为显函数形式,即I 1(s )I 2(s )V C f (s )=1D (s )M LCL (s )V 2(s )-V 1(s )0(2)式中:D (s )和M LCL (s )的具体表达式见附录A 。
在考察谐波电流时,可令电网电压为0,即V 2(s )=0。
同时为了简化分析,在特性分析时可忽略网侧电感以及桥臂侧电感的等效电阻R 1和R 2,并且电容支路没有串联阻尼电阻,即R d =0。
桥臂电压V 1(s )到桥臂电流I 1(s )的传递函数可描述为:I 1(s )V 1(s )=-C f L 2s 2+1L 1L 2C f s 3+(L 1+L 2)s(3) 显然,在频率ωres 处将发生谐振现象,且ωres =L 1+L 2L 1L 2C f(4)2 含有源阻尼环节的多环控制系统设计2.1 多环控制系统设计依据三相系统的特点,LC L -VSC 多环控制系统设计在电网电压定向的同步旋转dq 坐标系中进行。
由图1和式(1)不难得出,在同步旋转dq 坐标系下,桥臂电流的微分表达式为:L 1d I 1dq d t+R 1I 1dq +j ωL 1I 1dq =V C f d q -V 1dq (5)式中:X dq =x q -j x d 为对应变量的矢量,x 为电压或电流变量。
对桥臂电流内环而言,若采用比例—积分(PI )调节器,则桥臂电流的控制方程可描述为:V ＊1dq =-K 1p (I ＊1dq -I 1dq )+K 1i ∫(I ＊1dq -I 1dq )d t -j ωL 1I 1dq +V C f dq (6)式中:上标“＊”表示对应变量的指令值;K 1p 和K 1i 分别为对应PI 调节器的比例和积分系数。
同理,电容电压及网侧电流的微分方程可分别表示为:C f d V C f dq d t +j ωC f V C f dq =I 2dq -I 1dq (7)L 2d I 2dq d t+R 2I 2dq +j ωL 1I 2dq =V 2dq -V C f dq (8) 若对电容电压及网侧电流的控制同样采用PI 调节器,则相应的控制方程可分别表示为:I ＊1dq =-K 2p (V ＊C fdq -V C f dq )+K 2i ∫(V ＊C f dq -V C f dq )d t -j ωC f V C f d q +I ＊2d q (9)V ＊C fdq =-K 3p (I ＊2dq -I 2dq )+K 3i ∫(I ＊2d q -I 2dq )d t -j ωL 1I 2d q +V 2dq (10)式中:K 2p ,K 3p 和K 2i ,K 3i 分别为对应PI 调节器的比例和积分系数。
若需要对直流侧电压和并网功率因数进行控制,则并网电流的指令值可由直流母线电压控制器和并网功率因数控制器决定。
2.2 有源阻尼技术为了增加系统阻尼系数,提高系统运行稳定性,可在桥臂电流控制环中引入超前—滞后网络对电容电压进行前馈控制,以改造桥臂电流内环控制对象。
超前—滞后网络传递函数表达式为[14]:L (s )=k d T d s +1αT d s +1(11)式中:k d 为增益系数;T d 为时间常数;α为分度系数。
—67—·研制与开发· 杨淑英,等 LCL 滤波电压源并网逆变器多环控制策略设计式(11)所示超前—滞后网络的频域特性如图2所示。
图2 超前-滞后网络的频域特性Fig .2 Lead -lag element characteristics in frequency 图2表明,式(11)给出的超前—滞后网络在频率ωm =1/(T d α)处将产生最大相位超前角θm ,且θm =arcsin 1-α1+α(12) 通常将最大超前角θm 所对应的频率ωm 选在LCL 滤波器的谐振频率附近。
引入超前—滞后网络后,桥臂电流控制环的等效控制结构可表述为图3。
桥臂电流的处理延迟以及脉宽调制(PWM )延迟,在图3中分别用如下所示传递函数表示:G I 1(s )=1T PWM s +1(13)G PWM (s )=k PWM0.5T PWM s +1(14)式中:T PWM 为PWM 周期;k PWM 为PWM控制增益。
图3 引入超前-滞后网络后桥臂电流内环控制图Fig .3 C onverter -side current control schematic with lead -lag element 图3中PI 调节器的s 域表示形式为:C 1(s )=K 1p s +K 1is(15) 为了进一步分析设计控制系统,对图3所示桥臂电流内环控制结构进行离散,等效为图4。
图4 桥臂电流环等效控制结构Fig .4 Equivalent control structure of converter -sidecurrent在ωm ≈ωres 的条件下,超前—滞后网络L (z )仅剩2个独立参数k d 和α有待确定。
2个参数的不同组合将对系统稳定性产生不同的影响,具体分析见附录B 。
分析可知,L (z )参数变化对系统阻尼系数和自然振荡频率均产生影响,且影响过程不单一,使其参数的选取较为复杂,通常需要对各方面的性能进行综合考虑。
图5所示为引入L (z )前后桥臂电流环被控对象的波特图;图6所示为引入L (z )前后桥臂电流环的单位阶跃响应。
