三相LCL型并网逆变器仿真介绍

      按照滤波器的分类，并网逆变器分为L型和LCL型。与L型滤波器相比，LCL型滤波器为三阶系统，对逆变器开关频率谐波电流的抑制能力更强，相同条件下，LCL型滤波器的成本和体积均小于L型滤波器。

     以下为LCL型并网逆变器的拓扑结构图：

       包含三相逆变器，电感L1、电容C、电感L2，PCC表示公共并网点，电网电感LG以及电网电源ug。

       相比于L型并网逆变器，LCL型逆变器虽然存在诸多优点，但是其三阶系统的特性使其存在谐振问题，容易引起系统的不稳定。且，LCL型逆变器电网侧输出谐波阻抗较小，在电网背景谐波含量较高时，容易引起较大的谐波电流。所以LCL型并网逆变器的控制策略更加复杂。

        解决LCL型逆变器谐振问题，目前主要有两种思路：有源阻尼和无源阻尼。无源阻尼即在系统中合适的位置增加电阻，如电感上串联电阻、电容上并联电阻，通过加电阻的方式增大系统阻尼，从而达到抑制谐振的作用。通过综合对比谐振抑制能力、滤波性能后，在电容器两端并联电阻是最合适的无源阻尼方式，但该方式带来的影响是增大了系统损耗。

       有源阻尼的方式则及达到了无源阻尼的抑制谐振效果，保证系统稳定的同时，又不带来额外的损耗，也不会削弱滤波器对高频谐波的抑制能力。通过综合分析，目前电容电流补偿法是最合适的有源阻尼方式。采用电容电流补偿法的三相LCL型并网逆变器控制/电路拓扑图如下：

       基本原理：采集并网电流、电容电流、以及电网电压相位，在dq轴旋转坐标系下采用双环控制，外环采用并网电流控制（控制并网电流幅值大小及相位），内环采用电容电流补偿，其仿真图如下：

      该仿真中电网电压中串入了一串谐波分量，用来模拟三相LCL型并网逆变器并入谐波电网中的表现。与前面拓扑图不同的是，未采用电网阻抗测量补偿的方式，也无解耦模块。仅仅是外环采用PI控制器，内环采用电容电流比例反馈的方式，运行仿真后，电网电压及并网电流对比图如下：

      可以看到，电网电压与并网电流相位一致，因电网电压中存在较多的谐波分量，因此并网电流也存在畸变。通过FFT分析，并网电流中的谐波含量如下：

       谐波含量为7.06%，前面描述到LCL型并网逆变器因输出谐波阻抗较小，因此其并入谐波电网中，容易引起较大的谐波电流。我们可次用前馈补偿的方式来抑制并网电流中的谐波电流，其原理可简要叙述为：并网电流主要由控制参考值Iref以及干扰项电网电压ug的影响叠加而成，通过分析系统传递函数，在控制中反方向再跌加一个ug的影响，从而可以在一定程度上抑制电网电压ug的影响，降低其谐波分量。

添加前馈补偿后的仿真模型如下：

经过前馈补偿后，运行仿真结果如下：

FFT分析的结果如下：

      可以看到，在其他任何参数不变的前提下，经过前馈补偿后，并网电流的畸变程度明显降低，谐波含量降至了3.92%。

       前馈补偿以及LCL型逆变器的具体原理可参照南航阮新波教授的著作《LCL型并网逆变器的控制技术》，该书籍全面介绍了LCL型并网逆变器的基本原理、参数设计、并网电流谐波抑制、单相LCL、三相LCL、有源阻尼原理、数学模型、前馈补偿原理、坐标变换等均有详细介绍，是一本非常全面的书籍，认真研读，可全面理解逆变器的各方面知识。