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脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）并網(wǎng)變換器往往選擇LCL濾波器來(lái)濾除并網(wǎng)電流的開(kāi)關(guān)紋波。相比于單電感濾波器，LCL 濾波器具有更強(qiáng)的衰減能力，在濾波效果相同時(shí)，LCL濾波器所需要的總電感量顯著小于單電感濾波器，這有利于減小逆變器的體積和重量，降低成本。

控制算法有逆變器側(cè)電流反饋（Inverter-side Current Feedback, ICF）控制和網(wǎng)側(cè)電流反饋（Grid-side Current Feedback, GCF）控制。控制框圖如圖1所示，閉環(huán)控制系統(tǒng)中，反饋量為逆變器側(cè)電流時(shí)為ICF控制，反饋量為網(wǎng)側(cè)電流時(shí)為GCF控制。電流傳感器位于逆變器側(cè)，可用于過(guò)電流保護(hù)，因此ICF控制被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品中。另外，在電能質(zhì)量較差的電網(wǎng)條件下，ICF控制系統(tǒng)因其固有阻抗的特點(diǎn)而穩(wěn)定，但是GCF系統(tǒng)需要增加有源阻尼以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖1 ICF控制和GCF控制框圖

在ICF控制系統(tǒng)中，直接控制逆變器側(cè)電流，間接控制并網(wǎng)電流。由圖2a所示的PWM并網(wǎng)變換器單相等效模型可以看出，在電網(wǎng)電壓含有諧波的情況下，由其產(chǎn)生的諧波電流可以自由流過(guò)濾波電容，從而引起并網(wǎng)電流的畸變。圖2a中，v、vg、vh分別為逆變器輸出電壓、電網(wǎng)基波電壓、電網(wǎng)諧波電壓。當(dāng)逆變器側(cè)電流為零時(shí)，濾波電容電流和并網(wǎng)電流波形如圖2b所示，顯然，電網(wǎng)背景諧波電流引起并網(wǎng)電流畸變。

由于ICF控制系統(tǒng)反饋的逆變器側(cè)電流中不包含電網(wǎng)背景諧波信息，因此對(duì)其無(wú)抑制能力。在反饋逆變器側(cè)電流的基礎(chǔ)上，前饋電網(wǎng)諧波信息便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)諧波電流的抑制。最為簡(jiǎn)單的方案是將濾波電容電流全部前饋，控制系統(tǒng)反饋量變?yōu)閕1◆iC=i2，等效為GCF控制，但這又造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。

圖2 帶LCL濾波的并網(wǎng)變換器的單相等效模型和含有背景諧波的電網(wǎng)條件下的實(shí)驗(yàn)波形

為解決電網(wǎng)背景諧波造成并網(wǎng)電流畸變問(wèn)題，探討最多的是前饋方案。文獻(xiàn)[17]中提出電網(wǎng)電壓比例前饋策略，若不考慮系統(tǒng)延時(shí)，該方案有較好的諧波抑制能力，但數(shù)字控制系統(tǒng)中不可避免存在延時(shí)環(huán)節(jié)，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，文獻(xiàn)中提出使用巴特沃斯低通濾波器和重復(fù)控制器進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且系統(tǒng)對(duì)參數(shù)敏感。

文獻(xiàn)[18]中提出在前饋電網(wǎng)電壓環(huán)節(jié)中加入低通濾波器，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，由于低通濾波器對(duì)幅值和相位誤差不可忽略，電網(wǎng)電流由于電網(wǎng)電壓諧波可能仍然會(huì)失真。在文獻(xiàn)[7]中，得到了電網(wǎng)電壓前饋函數(shù)，充分抑制了電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流的影響。但是，前饋函數(shù)中包含二階微分器。而二階微分器對(duì)噪聲敏感。另外，文獻(xiàn)[7]中也提出電容電流的前饋方案，但為了測(cè)量電容電流而增加的電流傳感器導(dǎo)致成本增加。

本文在ICF基礎(chǔ)上，引入部分電容電流作為前饋補(bǔ)償項(xiàng)。該部分電容電流包含基波和部分次諧波電容電流，由并聯(lián)二階廣義積分器（Multiple Second- Order General Integrator, MSOGI）對(duì)電容電壓微分運(yùn)算求得。該方案雖然增加了電容電流前饋環(huán)節(jié)，但由于前饋的電容電流只是特定次諧波電流，不影響ICF控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且穩(wěn)定區(qū)間不變。本方案可等效為在指定次諧波頻率處為GCF控制，其他頻率處為ICF控制，兼顧ICF的穩(wěn)定性和GCF的諧波抑制能力。

圖11 三相帶LCL濾波的并網(wǎng)變換器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

結(jié)論

本文分析了在傳統(tǒng)ICF控制下電網(wǎng)背景諧波對(duì)并網(wǎng)電流的影響，提出了部分電容電流前饋的ICF控制方案。該方案在有效抑制并網(wǎng)電流諧波的同時(shí)，還具有與傳統(tǒng)ICF控制相似的穩(wěn)定條件。為了提高算法的實(shí)用性，本文提出了基本MSOGI的電容電流提取方法，可準(zhǔn)確提取指定次電容電流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提方案有效地解決了帶LCL并網(wǎng)的PWM變換器在ICF控制下因電網(wǎng)背景諧波帶來(lái)的并網(wǎng)電流畸變的問(wèn)題。