陳珊珊

[摘 要]在新能源與電網中，并網逆變器是重要的接口裝置，同時也是新能源并網發(fā)電技術中的關鍵。在這種技術的基礎上，可以讓新能源有效轉換成為能夠被電網接受的并網電源。由于電網對這類電能質量具有較高的要求，所以對濾波并網逆變器的入網電流控制技術做出研究具有重要意義。本文在對LCL濾波器引入控制問題做出簡要論述的基礎上，對幾種LCL濾波并網逆變器入網電流控制技術做出了比較分析。

[關鍵詞]LCL濾波器；并網逆變器；入網電流控制

[DOI]1013939/jcnkizgsc201528051

IEEE 1547標準是LCL濾波并網逆變器入網方面需要遵循的重要標準，同時這一標準也對LCL濾波并網逆變器入網提出了技術指導與要求。IEEE 1547標準中所做出的相關規(guī)定可以看出，在對并網逆變器入網電流做出控制的過程中主要需要做好兩個方面的工作，首先是要降低電網中入網電流所產生的諧波污染，并確保入網電流諧波能夠讓一些相關的技術要求得到滿足；其次是確保電網電壓與入網電流具有相同的頻相，并確保高并網發(fā)電功率因素。事實上，LCL濾波器能夠有效地消減高次諧波，但是也會容易因為在工作狀態(tài)中產生諧振現象而導致入網電流諧波總量的提高。因此，利用有效的入網電流控制技術對濾波器容易產生的諧振現象做出抑制具有重要意義。

1 LCL濾波器引入控制問題

相對于L型濾波器而言，LCL型濾波器具有明顯的優(yōu)點，然而LCL型濾波器卻屬于三階系統(tǒng)，同時會產生諧振現象。并且，存在于實際電感電容中的計生電阻所具有的阻值小到可以忽略，所以并不能夠利用阻尼來抑制諧振。這些特點決定了LCL濾波器容易在諧振頻率附近產生大量的諧振電流，并對系統(tǒng)穩(wěn)定控制產生負面作用，從而導致系統(tǒng)穩(wěn)定控制難度的增加。而如果不能有效抑制LCL濾波器所產生的諧振或者不能消除諧振對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性產生的負面作用，則系統(tǒng)也將難以穩(wěn)定運行。三階系統(tǒng)的特點讓控制系具有復雜的設計，并且LCL濾波器所具有的幅頻特性使在諧振頻率出產生諧振尖峰，這在很大程度上提高了滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的難度。因此，必須采取有效的方法來抑制諧振尖峰或者實現系統(tǒng)相頻特征的改變來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2 LCL濾波并網逆變器控制技術

21 單一電流環(huán)控制

在LCL濾波并網逆變器的控制工作中，網側電流與逆變器策電流單環(huán)控制是單一電流環(huán)控制策略中的主要形式。這種LCL濾波并網逆變器控制策略的獨特之處在于解決諧振的辦法是在設計控制器的過程中避開諧振而不抑制LCL濾波并網逆變器所具有的諧振尖峰。在設計控制器的過程中，需要滿足一定的頻域穩(wěn)定性要求，依據諧振頻率，在諧振平率值相近的區(qū)域，入網電流控制系統(tǒng)中所具有的相頻特性需要穿越-180°，同時，控制器需要確保自身的幅頻特性曲線諧振頻率幅值不高于0dB。另外，在使用單一電流環(huán)控制策略對LCL濾波并網逆變器做出控制的過程中，需要確保控制器參數選取的細致性，只有如此才能夠確保入網電流得到良好的控制，當然，這也為控制器的設計工作帶來了一定的挑戰(zhàn)。同時，為了讓控制器具備開環(huán)增益，還需要確保濾波器參數設計的精確性。需要注意的是，電網感抗具有不確定性以及濾波器參數會受到干擾，因此，單一電流環(huán)控制策略并不能具有較強的魯棒性。

22 控制器前向通路附加濾波器控制

在LCL濾波并網逆變器的控制工作中，這種策略主要通過在LCL濾波并網逆變器入網電流控制回路中添加陷波器、超前-滯后濾波器或者低通濾波器來實現。如果在LCL濾波并網逆變器的控制中使用陷波器控制策略，則需要將一個陷波器添加到控制器前向通路中，并且需要依照諧振頻率來設置陷波器頻率，從而確保諧振尖峰能夠得到有效的削減。如果在LCL濾波并網逆變器控制中使用低通濾波器控制策略，則入網電流控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數所具有的浮想特性曲線以及相頻特性曲線穿越頻率都會發(fā)生改變，從而讓頻域穩(wěn)定性要求得到滿足。由于控制器前向通路附加濾波器控制對LCL濾波器的參數信息提出了較高的精確性要求，并且電網感抗具有不確定性以及濾波器參數會受到干擾，因此控制器前向通路附加濾波器控制策略同樣不能具有較強的魯棒性。

23 降階模型控制

在LCL濾波并網逆變器的入網電流控制工作中，這種控制策略主要是利用額外反饋的合理選擇來將在LCL濾波器當作L濾波器來控制，換而言之，這種方法實現了對LCL濾波并網逆變器入網電流控制工作的簡化。其中參數加權控制策略以及分裂電容控制策略是利用降階模型對入網電流做出控制的主要形式。這兩種控制形式都是利用對電流進行組合反饋來實現對系統(tǒng)的降階段。從這種控制技術的優(yōu)勢來看，這種策略并不會讓控制回路受到諧振尖峰的影響，但是這一策略的實施卻對濾波器參數模型的精確性提出了較高的要求，并且這種策略并沒有對諧振尖峰做出有效抑制，因此，這種控制策略下的諧振仍舊在入網電流中存在，同時這種控制策略在并網電流控制的精確性方面也并不理想。

24 反饋控制

在LCL濾波并網逆變器的入網電流控制工作中，反饋控制策略是利用額外的電壓、電流反饋來抑制諧振尖峰。從反饋控制策略的反饋對象來看，反饋控制策略可以分為逆變側電感電壓反饋、感電流反饋以及電容電壓反饋與電流反饋。這種控制策略不僅能夠對系統(tǒng)諧振做出有效控制，并且具有靈活的控制方式、較強的魯棒性以及很好的系統(tǒng)控制系能。但是由于這種控制策略需要添加電壓與電流傳感器，因此會導致系統(tǒng)成本的升高。針對這一問題，許多學者都對濾波電容電壓和電流估測手段做出了研究。在作出有效估測的基礎上，可以對反饋量做出有針對性的反饋控制，但是這項工作的開展卻對系統(tǒng)模型的精確性提出了較高的要求，同時較大的計算量也會對系統(tǒng)所具有的動態(tài)性能產生一定的負面作用。另外，在這種控制策略中，不同的方法具有不同的反饋方式，其中逆變器側電感電流反饋與電容電流反饋的反饋方式為直接比例反饋模式，而電容電壓反饋則是使用微分反饋。

通過對各類LCL濾波并網逆變器的電流控制技術的比較分析可以發(fā)現，反饋控制策略在對LCL濾波并網逆變器的電流做出控制的過程中體現出了更高的應用價值。而從當前仍舊需要關注的問題來看，由于LCL并網逆變器在大功率場合中具有明顯優(yōu)勢，所以也往往應用于大功率場合。但是在大功率場合中，三相并網逆變器是并網逆變的主要選擇，而三相之間卻會產生耦合現象，從而促使三相并網逆變器的LCL濾波器電容、電感產生強耦合并提升控制難度，由此可見，三相LCL并網逆變器控制問題仍舊有待做出深入的研究與探討。

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