LCL滤波的PWM整流器

一、 基于LCL滤波的VSR

1. VSR的控制目标：通过对网侧电流幅值和相位跟踪控制来实现VSR的功率控制。

2. 采用LCL滤波的原因：利用相对较小的滤波电感来有效滤除PWM高频谐波，在大功率场合可以显著减小滤波器的体积、损耗和成本。但LCL滤波器具有三阶传递特性，自身存在谐振可能，会影响系统稳定性，因此可以采用多环控制策略来抑制谐波，改善系统稳定性。

3. 控制系统中存在的两个扰动量：电网电压扰动和直流侧电压Udc扰动。电网电压波动可以通过前馈手段抑制；直流侧电压的波动可以闭环控制，对于蓄电池供电、直流侧电压不能闭环控制的VSR，可以通过检测Udc来解耦补偿到调制波的指令信号Uref中去。

4. 消除LCL谐波的方法。无源阻尼法：在滤波网络中加入电阻来增加系统的阻尼，但引入了附加电阻损耗；有源阻尼法：通过构建一定的控制结构并通过控制算法来有效提高系统的阻尼，实现多环控制。外环为直流电压环，中环为交流电流环，内环为滤波器中的某一变量环。

二、 几种基于LCL滤波的多环控制

1. 基于LCL滤波的主电路

V1udcCdcV3VD1VV5VD3WUVD5iL1uiVD2L1R1iCiL2L2R2ioeaebecV4VD4V6VD6V2C

2．输出电流单环有源逆变控制框图

i*oio调调调uiKPWMuL11sL1R1iL1iC1sCuCuL2eg1sL2R2io

3．基于电容电流Ic反馈的系统结构框图(忽略R1、R2)

i*CiC1uiKPWMuL11sL1iL1iC1sCuCuL2eg1sL2io

由系统结构图可得系统开环传递函数为：

GK(s)KsL2CsL1L2CL1L22 ；=1*Kpwm

由内环根轨迹知，不论K如何变化，基于Ic反馈的单位调节器内环控制始终是稳定的。

4．基于电感L2电压Ul2和电容电压Uc反馈的控制系统结构框图

u*L21KPWMuiuL2uL11sL1iL1iC1sCuCeguL21sL2io

图4-12

uL2反馈系统内环控制结构框图

u*cuC1KPWMuiuL11sL1iC1sCuCeg1sL2io

图4-13

uC反馈系统内环控制结构框图

由图4-12和4-13可见，uL2和uC作为反馈变量时的控制结构框图仅是扰动点的作用不同，因而两者具有相同的跟随给定能力，仅是对扰动的抑制能力不同。因而两者在给定信号作用下的系统性能是等价的，这里仅以uL2反馈作为研究对象。由uL2反馈时的结构图可得内环开环传递函数为：

GK(s)KL2s2L1L2CL1L2

由内环根轨迹知，无论K如何变化，基于Ul2和Uc反馈的单位调节器内环控制均不稳定。

5．基于电感L1电流Il1反馈的控制系统结构框图

i*L1iL11KPWMuiuL11sL1iL1iC1sCuCeg1sL2io

内环开环传递函数为：

Ks2L2C1ss2L1L2CL1L2GK(s)

由内环根轨迹知，无论K如何变化，基于Il1反馈的单位调节器内环控制始终是稳定的。

6．基于电感L1电压Ul1反馈的控制系统结构框图

u*L1uL11KPWMuiuL11sL1iC1sCuCeg1sL2io

内环开环传递函数为：

KL1s2L2C1s2L1L2CL1L2GK(s)

由内环跟轨迹知，无论K如何变化，基于Ul1反馈的单位调节器内环控制始终是不稳定的。

7．综合分析可知，基于Ul1、Ul2和Uc反馈的单位调节器内环控制都是不稳定的，只有基于Ic和Il1反馈的单位调节器内环控制是稳定的。然而，对比基于Ic和Il1反馈的单位调节器系统内环控制，基于Il1反馈时，系统阻尼比较小，而基于Ic反馈时，系统阻尼比可在较大范围内选择，显然选在Ic作为内环的反馈变量比选择Il1作为内环反馈变量具有更好的阻尼特性。因此，基于LCL的VSR应采用以电容电流Ic作为反馈变量的内环结构。