逆变器滤波器参数设置.docx

1、逆变器滤波器参数设置1滤波特性分析输出滤波方式通常可分为：L型、LC型和LCL型,(a) L 型 (t LC 即 (C) LCL 型滤波方式的特点比较如下：(1)中的单L型滤波器为一阶环节，其结构简单，可以比较灵活地选择控制 器且设计相对容易，并网控制策略不是很复杂，并网容易实现，是并网逆变器常 用的滤波方式。缺点在于其滤波能力有限，比较依赖于控制器的性能。(2)中的LC型滤波器为二阶环节， C的引入可以兼顾逆变器独立、并网双 模式运行的要求，有利于光伏系统功能的多样化。 然而，滤波电容电流会对并网 电流造成一定影响。(3)中的LCL型滤波器在高频谐波抑制方面更具优势，在相同高频电流滤波 效果

2、下，其所需总电感值较小。但因为其为三阶环节，在系统中引入了谐振峰， 必须引入适当的阻尼来削减谐振峰， 这就导致了其控制策略复杂，系统稳定性容 易受到影响。当三相光伏逆变器独立运行时，一般均采用 LC型滤波方式。并网逆变器的滤波器要在输出的低频段(工频 50Hz)时要尽量少的衰减，而要尽量衰减输出的高频段(主要是各次谐波)。采用伯德图来分析各种滤波器的频域响应。 一般并网逆变器滤波部分的电感为毫亨级，电容为微法级，这里电感值取1m H,电容取100u F，电感中的电阻取0.02 ,在研究LCL滤波器时，取电感值 为 L仁L2=0.5m H 电阻 R仁R2=0.0对于单电感滤波器，以输入电压和输出

3、电流为变量，并且实际的电感中含有定电阻，其传递函数为:LS + RGL(S) = =对于采用LC滤波器的并网逆变器，在并网运行时，电网电压直接加在滤波 器中的电容两端，因此此时电容不起滤波作用，可以看作是一个负载，从滤波效 果上来说，它等同于单电感滤波器。并且对于被控量选取为电感电流IL的采用LC影响。所以在控制过程中要参照电网电压的有效值不断调整基准给定的幅值与相滤波的并网逆变器，由于有电容的作用，其控制电流 IL与实际输出电流Io之间位。对于LCL滤波电路，逆变器输出电流与输入电压之间的传递函数可以表示为:LLlCSi + (LCR, + L,CRl)s2 + (II-L1 + R、RQs

4、 + R + E对比可知,可以很清楚的看到，在低频时，单L型滤波器与LCL型滤波器的 频域响应相同，都是以 20d B/dec的斜率进行衰减。但在高频部分，单 L型滤 波器仍然以20d B/dec进行衰减，但LCL型滤波器以60d B/dec的斜率进行衰 减，表明相对于单L型滤波器，LCL型滤波器能够更好地对高频谐波进行衰减。 将式中的S用j代入后可以看出，低频时两式分母中含有 的项都很小，特别是的高次方项，可以忽略不计。因此在低频时，表达式中主要起作用的是电 阻部分。而随着的不断上升，两式分母中含有的项不断增大，特别是含有 的高次方项，因此在高频段，其主要作用的是分母中含有 的3次方项。因此

5、在高频段，LCL滤波器是以60d B/dec的斜率进行衰减。对单L型、LC型及LCL 型滤波器进行比较。在低频时，三者的滤波效果相同，并且在并网运行时LC型滤波器中的电容 只相当于负载，不起滤波作用。而 LCL型滤波器对高频谐波的滤波效果要优于单L型与LC型滤波器。2数学模型2.1 L型滤波器2.2 LC滤波器2.2.1 LC滤波器数学模型TlT5JG JG .r JI JF-嘗A IPrQ* 1:Ur这里选择电感电流、电容C2电压为状态变量,在三相平衡的情况下列出 A、B、C三相的状态方程为:dq轴下的数学方程为:则数学模型为:2.2.2控制器设计1-5解耦控制为：在dq坐标系下的电流状态方

6、程存在交叉耦合关系，为了降低控制器的设计 复杂程度，首先要进行前馈解耦控制：引入输出滤波电感电压和负载电压前馈解 耦，在电压外环采用输出滤波电容电流和负载电流前馈解耦。$S何十砂严（+%（心-嘉）I &LS当逆变器工作在独立模式时，通过控制逆变器输出LC型滤波器滤波电容上 电压使逆变器工作在电压源模式。LC型的控制框图如图。IIi小U厶*十RICS电容输出电压UC与输入电压Ui以及负载电流il的关系式如式:It1 ZXIS + f. * If + I 丨 + 2.3.2控制器设计8-9采用并网电流i2单环控制，其控制框图如图，其传递函数如式:SSl) = TGH(Cq (S)GI(SGy( J

7、)I + (7i(5)G) + (75)7i()GzG)=KP十Ki/s, GHS)=I/(Lh+RJ, G2(s)=lCsGj(s)= 1/(L2s-R2)使用MATLAB作出基于并网电流i2单环的闭环根轨迹图。从图中看出，基于并网电流i2单环控制的根轨迹大部分都分布在右半平面，只有一小部分分布 在左半平面，当系统增益增大时，很容易就会造成系统的不稳定。 这种不稳定是 由于LCL型滤波器的谐振峰造成的，要使得系统稳定，必须对谐振峰进行抑制抑制LCL型滤波器谐振峰的方法主要分为无源阻尼和有源阻尼两种。通过 在电容通路中引入阻尼电阻 Rd来抑制谐振峰为无源阻尼；通过控制算法引入新 的反馈量来达到

8、抑制谐振峰为有源阻尼。采用无源阻尼的系统框图如图所示， 忽略比例积分控制器中的积分环节，其 传递函数为：G(S) =BF + B2护十 +i=KrRiiCt o=Kfff BS=LIL2C,B2=LfR2C+L2RfC+ JRjC+LiKCBI-LfLrRR2C- RlRtC- RjRh -R面的分布要明显多于未引入阻尼电阻时的情况。当系统增益 KP配置的合适时， 开环极点位于左半平面，系统能够稳定工作。但无源阻尼还存在着一些缺点，当逆变器的电压或功率等级较高时， 阻尼电 阻会严重增加系统损耗，影响系统效率，需要强制冷却。而有源阻尼则不存在这 些缺点，有源阻尼是通过控制算法消除系统的谐振峰，

9、不会增加系统损耗，典型 的方法是采用并网电流i2外环电容电流ic内环双环控制法，其控制框图如图：FigUre 2-4基于并网电流i2外环电容电流 ic内环双环控制策略可以推导出基于并网电流i2外环电容电流ic内环双环控制的传递函数如:L Gp. (S)Cc(S)Ci s )G2% -U GZ(S)Gy(S) + Gl(Ir)G(5)Gpi(S)=Ktt+Ki/s f GC(S)=Kt t GJ(S)= 1/(LjSA-RI)GHS)二打Cs、Gj(S) - l(L2sR1) 选择合适的外环比例节分系数和内环比例参数、 主电路参数一起代入到式中, 得到其闭环根轨迹。从根轨迹可知，基于双电流环控制

10、的三相 LCL型滤波器的根轨迹有一大部分分布在左半平面，系统具有一定的相位裕度。在合理选择控制 器参数的情况下，基于双电流环的控制策略能够使系统稳定。2.3.3滤波器参数设计在设计滤波器时要考虑的因素较多， 给设计带来了一定的难度，因此在设计 时严格按以下要求：(1)电容无功功率最大不能超过额定功率的 10%;电容C的作用是滤除高频分量，即保证电流的高频分量从电容上流过而不 流入电网，因此，一般要求电容的阻抗不能太大，一般取 ：其中Xc、X L2分别为电容C和电感L2在开关频率下的阻抗。如果电容取 值太小，将导致XC过大，会导致更多的谐波电流注入电网，使得并网电流畸变； 而电容取值过大，则导致

11、 XC过小，电容将产生过多的无功电流，使整个系统的 效率降低。因此，为了提高逆变器的效率，使系统的功率因数接近为 1,通常规定滤波电容的基波无功功率在系统额定有功功率的 5%以内，即：(2)电感电压必须小于限制值的10%；J 匕U.-U1 厶厶C)同理可得，将逆变器侧电压 Vl短路，可以得到并网电流i2对电网电压v2的阻抗为：从计算结果可得，LCL型滤波器的传递函数存在两个谐振峰值， 由于谐振峰的存在，会放大谐波，使系统发生震荡，甚至可能失去稳定性，所以在设计 LCL滤波器的时要尽量避开逆变器的敏感频率， 系统才能够稳定运行，并且还有较好 的带宽+ ZJr f _ j l L1L2C Jfrr

12、 L1L2C综合考虑谐波出现较少的频段，得出:IOzJ ftra MqfE其中fb为基波频率，fs为开关频率(4)为了使系统有较好的稳定性和动态性，阻尼因数不能太小3参考文献参考文献1钟诚. 微电网中并网逆变器控制策略研究 D. 出版地不详 : 湖北工业大学 , 2011.2佚名三相并网_独立双模式逆变器并 _脱网控制研究_刘润彪J刊名缺失,出版年缺失 卷缺失 （期缺失 ）: 页码范围缺失 .3王多平 . 三相光伏并网逆变器的控制技术研究 _王多平 D. 出版地不详 : 华中科技大学2012.4张羽微网逆变器并网一孤岛及切换控制方法研究 一张羽D.出版地不详:哈尔滨工业大学, 2013.5张中锋 . 微网逆变器的下垂控制策略研究 D. 出版地不详 : 南京航空航天大学 , 2013. 吴学敏.三相电压型光伏并网控制系统研究 _吴学敏D.出版地不详:西南石油大学，2015.7刘飞. 三相并网光伏发电系统的运行控制策略 _刘飞 D. 出版地不详 : 华中科技大学 ，2008.8史云浩 . 三相双模式逆变器控制方法研究 _史云浩 D. 出版地不详 : 华中科技大学 ，2013.9张克谦.独立_并网光伏发电系统设计研究 _张克谦D.出版地不详:重庆大学,2015.