基于PI调节和电容电流反馈有源阻尼的LCL型并网逆变器

图一为 LCL 型并网逆变器及其控制框图，其中L1为逆变器侧电感，L2 为网侧电感，C为滤波电容,它们构成LCL滤波器。Um为输入直流电压；Uinv为逆变器桥臂输出电压；Ug为电网电压；Hv为公共耦合点电压的采样系数;Hi2为并网电流的采样系数。控制系统使电网电压用锁相环获得与 PCC 电压同步的并网电流指令,Gi(s)为并网电流调节器，Gc(s)为电容电流单比例调节器。通过反馈电容电流实现 LCL滤波器谐振峰的有源阻尼，Hi1为电容电流的反馈系数。控制流程如下:①锁相②有源阻尼+电流控制③驱动信号的产生。首先通过PLL锁相达到同相位，运用有源阻尼+电流控制策略得到调制波，最后协助PWM模块生成开关驱动信号。

图一 LCL 型并网逆变器及其控制系统框图

各系统参数如表一所示：

表一 系统参数

  根据图一所画的系统可得到图二所示的系统方框图：

图二 系统方框图

图中i*2(s)为并网参考电流，Gi(s)为电流控制策略参数，Gc(s)为电容电流单比例控制参数，Kpwm为脉宽调制比例系数，Hic为电容电流反馈系数、Hi2为并网电流采集系数。由于考虑了数字延时给系统带来的影响，图中Z0即为延时的等效阻抗，设Z0=R0+X0j.则其大小为：

   根据系统方框图可得系统的开环传递函数T（s)为：

将各个参数带入到传递函数中，其中Gi(s)控制器和Gc(s)控制器均为进行作用，利用MATLAB画出此时系统伯德图如图三所示：

图三 系统伯德图

假定开环传递函数在谐振频率fres处的幅值裕度为GM1，开环传递函数在开关频率fsw六分之一处的幅值裕度为GM2，开环传递函数在截止频率fc处的相角裕度定义为PM。那么:根据参考文献可知GM1对Hic的约束条件为：

        （3-1）

PM对Hic的约束条件为：

(3-2)

GM2对Hic的约束条件为：

(3-3)

PI控制器在基频处的环路增益表达式Tf0为：

                  (3-4)

   Tf0对积分系数Ki的约束条件为：

（3-5）

   PM对积分系数Ki的约束条件为：

（3-6）

控制器的比例Kp为：

                                 （3-7）

Gi(s)并网电流调节器选用PI控制，其控制器参数设计步骤为：（1）考虑实际工程要求，确定出PM、GM1和GM2。（2)在流程(1)的基础上，结合式(3-1)和(3-2)(3-3)得到截止频率fc和Hic的取值范围;(3)为了满足响应快速，保证带宽足够和低频增益，需从截止频率fc和Hic的取值范围中，选出较大的截止频率fc;为了满足系统动态响应的要求，选出较小的Hic，结合式(3.30)得出比例系数Kp。(4)根据式(3-5)和(3-6)，确定Ki的取值范围，较大的Ki能够带来基频增益的提高，但是与此同时相位裕度会大大减小，系统变得不够稳定。所以，要求我们要选择合适的Ki值达到最佳效果。(5)对照并网要求和各参数的约束条件，检验是否满足，如果不满足，那么重新计算。

实际应用过程中，通常选取40dB≤Tf0≤60dB能够保证在电网频率波动时,并网电流的幅值误差小于1%;选取30°