LCL滤波并网逆变器的入网电流控制技术研究

陈珊珊

[摘 要]在新能源与电网中，并网逆变器是重要的接口装置，同时也是新能源并网发电技术中的关键。在这种技术的基础上，可以让新能源有效转换成为能够被电网接受的并网电源。由于电网对这类电能质量具有较高的要求，所以对滤波并网逆变器的入网电流控制技术做出研究具有重要意义。本文在对LCL滤波器引入控制问题做出简要论述的基础上，对几种LCL滤波并网逆变器入网电流控制技术做出了比较分析。

[关键词]LCL滤波器；并网逆变器；入网电流控制

[DOI]1013939/jcnkizgsc201528051

IEEE 1547标准是LCL滤波并网逆变器入网方面需要遵循的重要标准，同时这一标准也对LCL滤波并网逆变器入网提出了技术指导与要求。IEEE 1547标准中所做出的相关规定可以看出，在对并网逆变器入网电流做出控制的过程中主要需要做好两个方面的工作，首先是要降低电网中入网电流所产生的谐波污染，并确保入网电流谐波能够让一些相关的技术要求得到满足；其次是确保电网电压与入网电流具有相同的频相，并确保高并网发电功率因素。事实上，LCL滤波器能够有效地消减高次谐波，但是也会容易因为在工作状态中产生谐振现象而导致入网电流谐波总量的提高。因此，利用有效的入网电流控制技术对滤波器容易产生的谐振现象做出抑制具有重要意义。

1 LCL滤波器引入控制问题

相对于L型滤波器而言，LCL型滤波器具有明显的优点，然而LCL型滤波器却属于三阶系统，同时会产生谐振现象。并且，存在于实际电感电容中的计生电阻所具有的阻值小到可以忽略，所以并不能够利用阻尼来抑制谐振。这些特点决定了LCL滤波器容易在谐振频率附近产生大量的谐振电流，并对系统稳定控制产生负面作用，从而导致系统稳定控制难度的增加。而如果不能有效抑制LCL滤波器所产生的谐振或者不能消除谐振对控制系统稳定性产生的负面作用，则系统也将难以稳定运行。三阶系统的特点让控制系具有复杂的设计，并且LCL滤波器所具有的幅频特性使在谐振频率出产生谐振尖峰，这在很大程度上提高了满足系统稳定性的难度。因此，必须采取有效的方法来抑制谐振尖峰或者实现系统相频特征的改变来确保系统的稳定运行。

2 LCL滤波并网逆变器控制技术

21 单一电流环控制

在LCL滤波并网逆变器的控制工作中，网侧电流与逆变器策电流单环控制是单一电流环控制策略中的主要形式。这种LCL滤波并网逆变器控制策略的独特之处在于解决谐振的办法是在设计控制器的过程中避开谐振而不抑制LCL滤波并网逆变器所具有的谐振尖峰。在设计控制器的过程中，需要满足一定的频域稳定性要求，依据谐振频率，在谐振平率值相近的区域，入网电流控制系统中所具有的相频特性需要穿越-180°，同时，控制器需要确保自身的幅频特性曲线谐振频率幅值不高于0dB。另外，在使用单一电流环控制策略对LCL滤波并网逆变器做出控制的过程中，需要确保控制器参数选取的细致性，只有如此才能够确保入网电流得到良好的控制，当然，这也为控制器的设计工作带来了一定的挑战。同时，为了让控制器具备开环增益，还需要确保滤波器参数设计的精确性。需要注意的是，电网感抗具有不确定性以及滤波器参数会受到干扰，因此，单一电流环控制策略并不能具有较强的鲁棒性。

22 控制器前向通路附加滤波器控制

在LCL滤波并网逆变器的控制工作中，这种策略主要通过在LCL滤波并网逆变器入网电流控制回路中添加陷波器、超前-滞后滤波器或者低通滤波器来实现。如果在LCL滤波并网逆变器的控制中使用陷波器控制策略，则需要将一个陷波器添加到控制器前向通路中，并且需要依照谐振频率来设置陷波器频率，从而确保谐振尖峰能够得到有效的削减。如果在LCL滤波并网逆变器控制中使用低通滤波器控制策略，则入网电流控制系统的开环传递函数所具有的浮想特性曲线以及相频特性曲线穿越频率都会发生改变，从而让频域稳定性要求得到满足。由于控制器前向通路附加滤波器控制对LCL滤波器的参数信息提出了较高的精确性要求，并且电网感抗具有不确定性以及滤波器参数会受到干扰，因此控制器前向通路附加滤波器控制策略同样不能具有较强的鲁棒性。

23 降阶模型控制

在LCL滤波并网逆变器的入网电流控制工作中，这种控制策略主要是利用额外反馈的合理选择来将在LCL滤波器当作L滤波器来控制，换而言之，这种方法实现了对LCL滤波并网逆变器入网电流控制工作的简化。其中参数加权控制策略以及分裂电容控制策略是利用降阶模型对入网电流做出控制的主要形式。这两种控制形式都是利用对电流进行组合反馈来实现对系统的降阶段。从这种控制技术的优势来看，这种策略并不会让控制回路受到谐振尖峰的影响，但是这一策略的实施却对滤波器参数模型的精确性提出了较高的要求，并且这种策略并没有对谐振尖峰做出有效抑制，因此，这种控制策略下的谐振仍旧在入网电流中存在，同时这种控制策略在并网电流控制的精确性方面也并不理想。

24 反馈控制

在LCL滤波并网逆变器的入网电流控制工作中，反馈控制策略是利用额外的电压、电流反馈来抑制谐振尖峰。从反馈控制策略的反馈对象来看，反馈控制策略可以分为逆变侧电感电压反馈、感电流反馈以及电容电压反馈与电流反馈。这种控制策略不仅能够对系统谐振做出有效控制，并且具有灵活的控制方式、较强的鲁棒性以及很好的系统控制系能。但是由于这种控制策略需要添加电压与电流传感器，因此会导致系统成本的升高。针对这一问题，许多学者都对滤波电容电压和电流估测手段做出了研究。在作出有效估测的基础上，可以对反馈量做出有针对性的反馈控制，但是这项工作的开展却对系统模型的精确性提出了较高的要求，同时较大的计算量也会对系统所具有的动态性能产生一定的负面作用。另外，在这种控制策略中，不同的方法具有不同的反馈方式，其中逆变器侧电感电流反馈与电容电流反馈的反馈方式为直接比例反馈模式，而电容电压反馈则是使用微分反馈。

通过对各类LCL滤波并网逆变器的电流控制技术的比较分析可以发现，反馈控制策略在对LCL滤波并网逆变器的电流做出控制的过程中体现出了更高的应用价值。而从当前仍旧需要关注的问题来看，由于LCL并网逆变器在大功率场合中具有明显优势，所以也往往应用于大功率场合。但是在大功率场合中，三相并网逆变器是并网逆变的主要选择，而三相之间却会产生耦合现象，从而促使三相并网逆变器的LCL滤波器电容、电感产生强耦合并提升控制难度，由此可见，三相LCL并网逆变器控制问题仍旧有待做出深入的研究与探讨。

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