基于LCL滤波的三相电压型PWM整流器

摘要

可四象限运行的PWM整流器广泛应用于太阳能、风能等可再生能源的并网发电。在这些并网发电系统中PWM整流器的容量通常较大，为了降低开关损耗，同时为了降低电磁干扰，一般采用较低的开关频率。为了达到并网谐波要求，若使用传统的L滤波器则需要较大的电感值，增加了成本，降低了电流环响应速度，增大了电感压降，需要提高直流侧电压；而LCL滤波器具有三阶滤波特性，对于同样的谐波要求，所需电感较小，可以有效减少系统成本。但是LCL滤波器存在谐振问题，在某些频率作用下会产生谐振，引起系统不稳定。
　　本文首先介绍了PWM整流器的工作原理，随后对基于L滤波器和LCL滤波的PWM整流器分别在三相ABC静止坐标系和两相dq旋转坐标系下建立了数学模型。
　　分析了LCL滤波器的频率特性，其在谐振频率以下的频率响应与同样电感量的L滤波器基本一致，大于谐振频率后以更大的斜率衰减，但是在谐振频率处有无限大增益。随后介绍了LCL滤波器的参数设计方法，给出了设计时的限制条件，设计步骤以及验证效率的方法。
　　在单L滤波的PWM整流器的控制策略基础上设计了电压外环，电流内环控制器。详细分析了无源阻尼法和三种有源阻尼法抑制谐振的原理，分析了数字控制过程对控制系统的影响。使用Maltab/Simulink对所设计的控制策略和阻尼策略进行了仿真验证。
　　最后在实验台架上使用有源阻尼法进行了实验，实验结果表明LCL滤波器谐振得到了有效抑制，网侧电流谐波畸变率小，动态响应快，输出电压稳定，抗负载扰动能力强。

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一、 绪论

1.1 LCL滤波整流器的提出

1.2LCL滤波的PWM整流器的研究现状

1.3本文的主要内容

二、 基于LCL滤波的电压型PWM整流器的原理及数学模型

2.1 电压型PWM整流器的基本工作原理

2.2 基于单L滤波的三相电压型PWM整流器的数学模型

2.3 基于LCL滤波的电压型三相PWM整流器的数学模型

2.4 本章小结

三、LCL滤波器的特性分析与参数设计

3.1 LCL滤波器的特性分析

3.2 LCL滤波器的参数设计

3.3 本章小结

四、控制系统设计

4.1 电流内环控制设计

4.2电压外环控制设计

4.3 LCL滤波器谐振抑制方法

4.4 采用数字控制时存在的问题及应对策略

4.5 仿真结果

4.6 本章小结

五、实验结果及分析

5.1 实验样机介绍

5.2 实验结果及分析

六、总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献