LCL型變換器濾波器設(shè)計(jì)與控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量的要求也在不斷提高，對(duì)電力電子變換器的各項(xiàng)要求也隨之提高。由于 LCL濾波器在降低變換器體積重量和抑制高頻開關(guān)紋波等方面更具優(yōu)勢(shì)，近年來帶LCL濾波器的電力電子變換器電路拓?fù)?LCL型電力電子變換器)逐漸被廣泛應(yīng)用到各種場(chǎng)合。本文將 LCL型電力電子變換器作為研究對(duì)象，針對(duì) LCL濾波器的設(shè)計(jì)、控制輸出電流的電流型變換器主動(dòng)阻尼和控制策略、帶工頻變壓器的電壓型變換器輸出電壓的波形控制等問題進(jìn)行深入細(xì)致的

2、研究。
　　本文以對(duì)濾波器要求更苛刻的并聯(lián)型有源電力濾波器作為對(duì)象，進(jìn)行 LCL濾波器設(shè)計(jì)方法的研究。由于 LCL濾波器的各個(gè)性能指標(biāo)之間存在矛盾，使用現(xiàn)有的文獻(xiàn)方法在設(shè)計(jì)濾波器參數(shù)時(shí)，往往需要多次反復(fù)，得到設(shè)計(jì)結(jié)果才能，設(shè)計(jì)的結(jié)果也很難優(yōu)化。針對(duì)上述問題，本文提出了一種基于圖解的濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)方法。首先，通過引入諧波衰減系數(shù)實(shí)現(xiàn)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系的解耦。然后，將參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的影響和性能指標(biāo)的限制條件繪制到一張圖中。最后在可選

3、擇區(qū)域中得到滿足所有限制條件的濾波器參數(shù)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程直接完成，不用反復(fù)。另外，由于圖中能直觀反映參數(shù)變化對(duì)性能的影響，也可以方便地對(duì)設(shè)計(jì)的濾波器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。該方法的設(shè)計(jì)思路可以推廣到其它變換器的LCL濾波器設(shè)計(jì)中。
　　采用 LCL濾波器作為并聯(lián)型有源電力濾波器的輸出濾波器時(shí)必須阻尼濾波器諧振。為降低系統(tǒng)硬件成本，本文中考慮采用網(wǎng)側(cè)電流單變量反饋的方法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)阻尼。數(shù)字控制在考慮一拍控制滯后和零階保持效應(yīng)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了

4、網(wǎng)側(cè)電流單狀態(tài)（比例/積分/微分）反饋和復(fù)合反饋時(shí)，被控對(duì)象的阻尼特性。得到濾波器諧振頻率與控制頻率比值不同時(shí)，上述各種方案的優(yōu)劣和適用范圍。針對(duì)采用諧振控制器的有源電力濾波器，本文通過迭代算法設(shè)計(jì)控制器參數(shù)，使系統(tǒng)的主導(dǎo)極點(diǎn)的實(shí)部盡量的遠(yuǎn)離虛軸，以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
　　對(duì)于工頻變壓器置于LC型濾波器后端所構(gòu)成的電壓型變換器，其特性也可等效為 LCL型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。考慮首先使用雙環(huán)控制器控制電容電壓，再通過引入負(fù)載電流前饋控

5、制補(bǔ)償由變壓器漏阻抗引起的電壓跌落的間接補(bǔ)償策略。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，在考慮滯后一拍的控制環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)的可控自由度和始終小于系統(tǒng)的階數(shù)。為此，本文引入系統(tǒng)的滯后一拍量作為新的狀態(tài)變量，并分析了滯后一拍量及其反饋系數(shù)構(gòu)成的局部反饋環(huán)節(jié)對(duì)被控對(duì)象的影響，給出了單獨(dú)設(shè)計(jì)時(shí)，滯后一拍量反饋系數(shù)的建議選擇范圍。在此基礎(chǔ)上，提出一種基于狀態(tài)空間極點(diǎn)配置的雙環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，在不增加傳感器的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)的任意配置。然后，針對(duì)電壓型變換器在d