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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。
逆变器侧电流反馈的lcl并网逆变器电网电压前馈控制策略本文旨在研究逆变器侧电流反馈的lcl并网逆变器电网电压前馈控制策略。
首先，将简要介绍LCL滤波器的结构，以及其传统的电网控制策略。
其次，对具有LCL滤波器的LCL连接混合前馈电力调节逆变器进行模型分析，以及其在改善电力系统的功率因数和电压波动中的作用。
然后，将介绍在LCL串联滤波器中使用逆变器侧电流反馈的电网电压前馈控制策略。
最后，进行实验simulink仿真尝试，以验证本文研究的一般性可行性和有效性。
LCL滤波器是一种构成同步逆变器的重要组成部分，在感应器侧隔离网络母线与直流电源之间提供一种经济的机械连接，以及实现低频抑制/反馈控制和频率和相位的传递。
当同步逆变器作为供电设备，例如发电机或可再生能源，连接通用电力系统时，LCL滤波器具有良好的稳定性和过载能力。
但是，由于LCL滤波器的低频损耗，电力系统的功率因数降低，以及电压波动的加剧，这些滤波器的控制策略必须得到合理的研究。
传统上，采用两个具有可塑性的模式：一种是基于电流控制，另一种是基于电压控制。
电流控制是通过调节逆变器输入端的电流以维持电网负荷的发电量，从而达到优化的功率因数的目的，而电压控制则是检测和反馈电网电压，以保持电网电压在指定的范围内。
为了改善电力系统的功率因数和电压波动，将利用LCL串联滤波器中使用逆变器侧电流反馈的电网电压前馈控制策略。
首先，LCL滤波器输入端的电流将被控制，以实现网络提供的目标功率。
然后，将获得网络电压的反馈信号，其中可以利用逆变器侧电流反馈与电网电压的信号来调节逆变器的输出电流，以保持电网电压的范围。
此外，此控制策略可以用于不同的拓扑结构，例如对称和不对称的LCL连接，以及单线和三线联结。
为进一步证明本文研究的一般性可行性和有效性，本文将通过实验simulink模型仿真实验来验证。
在仿真实验中，使用一种基于混合前馈的LCL连接逆变器模型，建立一个6节点电网模型，其中包括发电机，负载，LCL连接以及基于LCL滤波器的逆变器模型。
三相并网逆变器LCL滤波器的参数设计与研究一、本文概述随着可再生能源的快速发展，三相并网逆变器在电力系统中的应用越来越广泛。
然而，并网逆变器产生的谐波会对电网造成污染，影响电能质量。
为了减小谐波对电网的影响，LCL滤波器被广泛应用于三相并网逆变器中。
LCL滤波器具有优良的滤波性能和高效率，因此，对LCL滤波器的参数设计进行研究具有重要意义。
本文旨在对三相并网逆变器的LCL滤波器参数设计进行全面研究。
介绍三相并网逆变器的基本原理及LCL滤波器的结构和功能；然后，分析LCL滤波器的主要参数（包括电感、电容等）对滤波器性能的影响，建立相应的数学模型；接着，根据电网谐波标准和电能质量要求，提出一种有效的LCL滤波器参数设计方法，并通过仿真和实验验证该方法的可行性和有效性；对LCL滤波器的优化设计和未来发展趋势进行讨论。
本文的研究不仅有助于提升三相并网逆变器的电能质量，还可为相关领域的研究提供有益的参考和借鉴。
二、三相并网逆变器与LCL滤波器的基本原理三相并网逆变器是一种将直流（DC）电源转换为三相交流（AC）电源的设备，主要用于将可再生能源（如太阳能、风能等）生成的直流电转换为适用于电网的交流电。
其核心功能是实现电能的转换与控制，以满足电网对电能质量的要求。
三相并网逆变器通常包括功率开关管、滤波器和控制策略等部分，其中滤波器的设计对于减小逆变器输出电流中的谐波分量，提高电能质量具有关键作用。
LCL滤波器是一种三阶滤波器，由电感（L）、电容（C）和另一个电感（L）组成，其结构特点是在电容两侧各有一个电感。
这种结构使得LCL滤波器在高频段具有较大的阻抗，而在低频段具有较小的阻抗，因此能够有效地滤除逆变器输出电流中的高频谐波分量，同时减小滤波器对逆变器输出电压的影响。
在三相并网逆变器中，LCL滤波器通常连接在逆变器的输出端，用于滤除逆变器输出电流中的谐波分量。
滤波器的设计需要综合考虑滤波效果、系统稳定性、成本等多个因素。
LCL型单相光伏并网逆变器控制策略的研究一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源的利用和开发受到了越来越多的关注。
其中，太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，具有广阔的应用前景。
单相光伏并网逆变器作为太阳能光伏发电系统的核心设备之一，其控制策略的研究对于提高光伏发电系统的效率和稳定性具有重要意义。
本文旨在研究LCL型单相光伏并网逆变器的控制策略，以期在提升逆变器性能、优化系统运行方面取得突破。
本文将介绍LCL型单相光伏并网逆变器的基本结构和工作原理，为后续控制策略的研究奠定基础。
本文将重点分析LCL型逆变器的控制策略，包括最大功率点跟踪（MPPT）控制、并网电流控制、无功功率控制等。
在此基础上，本文将探讨如何通过优化控制策略，提高逆变器的效率和稳定性，实现光伏发电系统的优化运行。
本文还将对LCL型单相光伏并网逆变器的并网电流质量、电网适应性等关键问题进行深入研究。
通过理论分析和实验验证，本文将提出一种有效的控制策略，以提高逆变器的并网电流质量，增强其对电网的适应性。
本文将总结研究成果，并对未来的研究方向进行展望。
通过本文的研究，期望能为LCL型单相光伏并网逆变器的控制策略优化提供理论支持和实践指导，推动光伏发电技术的持续发展。
二、LCL型单相光伏并网逆变器的基本原理LCL型单相光伏并网逆变器是一种高效、可靠的电力转换设备，其核心功能是将光伏电池板产生的直流电能转换为交流电能，并使其与电网的电压和频率同步，从而实现对电网的并网供电。
这种逆变器的主要组成部分包括光伏电池板、直流侧电容、LCL滤波器、功率变换器以及控制系统。
在LCL型单相光伏并网逆变器中，LCL滤波器发挥着至关重要的作用。
它由两个电感（L）和一个电容（C）组成，能够有效地滤除功率变换器产生的谐波，提高并网电流的质量。
LCL滤波器的设计需要综合考虑滤波效果、系统成本以及动态响应能力等因素。
功率变换器是逆变器的核心部件，负责将直流电能转换为交流电能。
LCL型并网逆变器双闭环控制方法的研究杜志华【摘要】在并网逆变器中,LCL滤波较L滤波具有更好的滤波效果,但LCL型并网逆变器为三阶系统,在谐振频率处存在谐振尖峰,易发生谐振,采用入网电流直接闭环控制很难抑制谐振尖峰.采用电容串联电阻的无源阻尼方法,能抑制阻尼,但损耗较大.针对该情况,提出并网电流瞬时值外环,电容电流瞬时值内环的双环控制方法.在理论方面详细分析了电容电流内环能够抑制谐振尖峰,提高系统稳定性,入网电流外环能够实现对入网电流的直接控制.通过仿真和实验,结果表明该方法能够有效抑制电网电流谐振,提高并网电流的稳态控制精度.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2015(030)009【总页数】5页(P37-40,43)【关键词】LCL滤波器;并网逆变器;电流双闭环;电容电流反馈【作者】杜志华【作者单位】煤炭工业太原设计研究院,山西太原030001【正文语种】中文【中图分类】TM464引言随着世界经济的迅猛发展，世界各国对能源需求急剧增长，导致以煤、石油、天然气为主的传统能源面临枯竭，而以太阳能、风能、生物能为主的可再生能源清洁无污染，只要合理利用就能够满足全球50%的能源需求。
并网逆变器是新能源并网的接口装置［1－2］，将可再生能源转换为电网能接纳的电能。
理想的入网电流是完美的正弦波，较低的总谐波失真（total har monic distortion，T HD）是并网逆变器控制所追求的目标。
为了降低入网电流的T HD，逆变器拓扑需包含滤波环节。
并网逆变器滤波器一般有L和LCL两种类型［3－6］。
单L滤波器结构简单，控制容易，但高频谐波衰减能力不强；LCL滤波器对高频分量呈高阻抗，能够很大地衰减高频谐波电流，但该系统为三阶系统，存在谐振峰，对系统的控制策略提出更高的要求。
采用单环入网电流直接来对并网逆变器进行控制，系统存在谐振尖峰，导致系统不稳定［7－8］。
电容两端串联电阻的方法，可以有效抑制谐振尖峰，但降低了滤波器的高频滤波效果，增加了系统的损耗［9］。
第31卷第12期中国电机工程学报V ol.31 No.12 Apr.25, 201134 2011年4月25日Proceedings of the CSEE ©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng.文章编号：0258-8013 (2011) 12-0034-06 中图分类号：TM 85 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40带LCL输出滤波器的并网逆变器控制策略研究王要强，吴凤江，孙力，段建东(哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江省哈尔滨市 150001)Control Strategy for Grid-connected Inverter With an LCL Output FilterWANG Yaoqiang, WU Fengjiang, SUN Li, DUAN Jiandong(Department of Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, Heilongjiang Province, China)ABSTRACT: The grid-connected inverter with LCL output filter is a third-order and multi-variable system, claiming a higher demands to the control system design. Aiming at this, a grid-connected inverter control strategy based on inverter-side current closed-loop and capacitor current feed-forward was proposed, controling the grid-side current indirectly through the inverter-side current. With the proposed control strategy, system stability and unity power factor are ensured, at the same time, no additional sensors are needed, making equipment costs reduced and reliability enhanced. Effectiveness and feasibility of the proposed strategy are validated by both the simulation and experiment results.KEY WORDS: grid-connected inverter; LCL filter; system stability; power factor; current estimation摘要：并网逆变器用LCL输出滤波器是一个三阶多变量系统，给控制系统设计提出了更高的要求。
针对该问题，提出一种基于逆变器侧电流闭环和电容电流前馈的并网逆变器控制策略，通过逆变器侧电流间接控制并网电流。
该控制策略能够保证系统稳定和单位功率因数运行，并且整个控制过程无需增加额外的传感器，降低了系统成本，增强了系统可靠性。
仿真和实验结果验证了提出控制策略的有效性与可行性。
关键词：并网逆变器；LCL滤波器；系统稳定性；功率因数；电流估计0 引言随着能源和环境问题的日益严峻，风力发电、光伏发电等新能源并网发电技术越来越受到人们的重视，已经成为能源可持续发展战略的重要组成部分[1-3]。
并网逆变器作为发电系统与电网连接的核心装置，直接影响到整个并网发电系统的性能，近年来逐渐成为国内外研究的热点[4-6]。
基金项目：国家自然科学基金项目(50477009)。
Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50477009).并网逆变器传统上采用L滤波器来抑制并网电流中由功率器件通断引入的高次谐波[7-11]，然而，随着逆变器功率等级的提高，特别是在中高功率应用场合，为降低功率器件的应力和损耗，一般选取较低的开关频率，致使网侧电流中的谐波含量增加。
要使并网电流满足同样的谐波标准将需要一个较大的电感值。
电感值的增加不仅会使网侧电流变化率下降，系统动态性能降低，还会带来体积过大、成本过高等一系列问题。
针对上述问题，用LCL 滤波器代替L滤波器成为近年来相当有吸引力的解决方案[12-16]。
LCL滤波器的阻抗值与流过的电流频率成反比，频率越高，阻抗越小，因此对电流高次谐波有更强的抑制能力。
为此，在相同的谐波标准下LCL滤波器的应用可以降低总的电感取值，在大中功率应用场合，其优势尤为明显。
但是，LCL滤波器是一个三阶多变量系统，给控制系统设计提出了更高的要求。
如果直接采用典型的并网电流闭环的控制策略，系统是不稳定，的且不利于功率开关的保护[17]。
文献[13]忽略滤波电容支路的影响，认为网侧电流和逆变器侧电流近似相等，采取逆变器侧电流闭环的控制策略，该策略易于系统稳定，且可以更为有效地保护功率开关，但电容支路的分流作用会使得系统功率因数降低。
文献[16]提出采用逆变器侧电流和网侧电流加权平均值闭环的控制策略，系统稳定且在一定程度上提高了系统功率因数，然而加权平均电流和并网电流之间仍有相角差，并未彻底解决功率因数降低的问题。
本文提出一种基于逆变器侧电流闭环和电容电流前馈的并网逆变器控制策略，利用逆变器侧电流间接控制并网电流。
电容电流通过估算获得，减少了电流传感器的数量，节约了系统成本，增强了系统可靠性。
最后，通过仿真和实验对提出的控制第12期 王要强等：带LCL 输出滤波器的并网逆变器控制策略研究 35策略进行验证。
1 系统模型图1为带LCL 输出滤波器的三相电压型并网逆变器拓扑结构示意图，由直流回路、功率开关桥路和交流回路组成。
直流回路包括等效直流电源和直流侧滤波电容C dc ；功率开关桥路由IGBT 和与之反并联的二极管组成的三相半桥构成；交流回路通过LCL 输出滤波器与三相电网相连，LCL 滤波器由逆变器侧电感L 1k 、网侧电感L 2k 和滤波电容C k 组成，其中k=a 、b 、c 。
图1 带LCL 输出滤波器的并网逆变器拓扑结构 Fig. 1 Grid-connected inverter with an LCL output filter假定电网为星形连接并且三相电压稳定对称，滤波电感是线性的，不考虑磁芯饱和，视主电路开关元器件为理想开关元件。
忽略电路中的寄生电阻，由基尔霍夫电压、电流定律可以得到功率回路方程[17-18]为1dc c 1,,2c 2c 12dc dc dc 1a,b,c d ()d d d d d d d k k k a b c kk i u s s u L t i u L e t u i C it ui C i s t ==⎧−=+⎪⎪⎪=+⎪⎪⎨⎪=+⎪⎪⎪=+⎪⎩∑∑ (1)式中u dc 、u c 、i 1、i 2、i dc 和e 分别为直流母线电压、交流侧滤波电容电压、逆变器交流侧电流、网侧电流、直流侧电流和电网电压。
由式(1)可以得到LCL 滤波器模型框图，如图2所示，其中，G 1(s )=1/L 1s ，G 2(s )=1/Cs ，G 3(s )=1/L 2s 。
图2 LCL 滤波器模型框图Fig. 2 Block diagram showing LCL filter model根据图2可以导出并网电流i 2相对于逆变器交流侧电压u 的信号增益，即开环传递函数为231212()1()()()i s G s u s L L Cs L L s==++ (2)当滤波电容C =0时，式(2)可以写为212()1()()()i s G s u s L L s ==+ (3) 此时，LCL 滤波器就变成了L 滤波器，由式(2)、(3)分别绘制二者的幅频特性曲线，如所图3示。
由图3可知：在低频段，LCL 滤波器和L 滤波器的幅频特性曲线基本一致；在高频段，LCL 滤波器比L 滤波器有更强的衰减能力。
但与此同时，LCL 滤波器与L 滤波器相比也增加了变量数目，提高了系统的阶数，给系统控制提出更高的要求。
为了便于下面分析，在此给出LCL 滤波器参数：L 1=5.2 mH 、C =50 µF 、L 2=1.6 mH 。
幅值/d Bf /(rad/s)−−图3 L/LCL 滤波器的幅频特性曲线Fig. 3 Magnitude-frequency curve of the L/LCL filter2 控制策略2.1 传统电流控制策略分析与L 滤波器相比，LCL 滤波器多了一个电容支路，因电压、电流传感器的安装位置可以有多种选择，增加了闭环控制的自由度。
从选择电流内环控制变量的角度出发，可以将他们分为网侧电流闭 环[17,19]和逆变器侧电流闭环[20]两种方式。
如果以网侧电流i 2为内环控制变量，其闭环结构框图如图4 (a)所示，对应的开环传递函数为i 123o 1223()()()()()1+()()()()G s G s G s G s G s G s G s G s G s =+(4)根据式(4)，绘制网侧电流闭环控制策略下的系统根轨迹曲线，如图5(a)所示。
由图5可以看出，无论开环增益取多么小的值，总有极点分布在复平面的右半平面，因而系统是不稳定的。
实际上，为了更为有效地对逆变器功率开关进行过流保护，通常将电流传感器放置在逆变器侧，即对逆变器侧电流i 1进行闭环控制。
图4(b)为采用逆变器侧电流闭环控制策略的结构框图，对应的开环传递函数为i 123o 1223()()[1()()]()1+()()()()G s G s G s G s G s G s G s G s G s +=+(5)图5(b)为逆变器侧电流闭环控制策略下的根轨36 中 国 电 机 工 程 学 报 第31卷迹曲线，由图5可知，除个别极点落在虚轴上外，大部分极点分布在复平面的左半平面，选择合适的控制器参数能够保证系统稳定运行。
但如果采用逆变器侧电流闭环的控制策略，LCL 滤波器电容支路的存在会造成网侧电流滞后于逆变器侧电流、功率因数降低的现象，并且滤波电容越大功率因数的降低就越为明显。
闭环(b) 逆变器侧电流i 1闭环图4 闭环控制系统结构框图Fig. 4 Block diagram of the closed-loop control structure虚轴/104实轴/104−−−虚轴/103实轴/102−−(a) 网侧电流闭环 (b) 逆变器侧电流闭环图5 控制系统根轨迹曲线Fig. 5 Root locus curve of the control system图6描述了分别采用逆变器侧电流和网侧电流闭环时并网逆变器交流侧各电压、电流间的相量关系。
