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随着科技的发展,现代社会对电能质量的要求也在不断提高,对电力电子变换器的各项要求也随之提高。由于 LCL滤波器在降低变换器体积重量和抑制高频开关纹波等方面更具优势,近年来带LCL滤波器的电力电子变换器电路拓扑(LCL型电力电子变换器)逐渐被广泛应用到各种场合。本文将 LCL型电力电子变换器作为研究对象,针对 LCL滤波器的设计、控制输出电流的电流型变换器主动阻尼和控制策略、带工频变压器的电压型变换器输出电压的波形控制等问题进行深入细致的研究。 本文以对滤波器要求更苛刻的并联型有源电力滤波器作为对象,进行 LCL滤波器设计方法的研究。由于 LCL滤波器的各个性能指标之间存在矛盾,使用现有的文献方法在设计滤波器参数时,往往需要多次反复,得到设计结果才能,设计的结果也很难优化。针对上述问题,本文提出了一种基于图解的滤波器参数设计方法。首先,通过引入谐波衰减系数实现参数和性能指标的关系的解耦。然后,将参数变化对系统的影响和性能指标的限制条件绘制到一张图中。最后在可选择区域中得到满足所有限制条件的滤波器参数。整个设计过程直接完成,不用反复。另外,由于图中能直观反映参数变化对性能的影响,也可以方便地对设计的滤波器的参数进行优化。该方法的设计思路可以推广到其它变换器的LCL滤波器设计中。 采用 LCL滤波器作为并联型有源电力滤波器的输出滤波器时必须阻尼滤波器谐振。为降低系统硬件成本,本文中考虑采用网侧电流单变量反馈的方法实现主动阻尼。数字控制在考虑一拍控制滞后和零阶保持效应的基础上,详细分析了网侧电流单状态(比例/积分/微分)反馈和复合反馈时,被控对象的阻尼特性。得到滤波器谐振频率与控制频率比值不同时,上述各种方案的优劣和适用范围。针对采用谐振控制器的有源电力滤波器,本文通过迭代算法设计控制器参数,使系统的主导极点的实部尽量的远离虚轴,以提高系统的动态响应速度。 对于工频变压器置于LC型滤波器后端所构成的电压型变换器,其特性也可等效为 LCL型的拓扑结构。考虑首先使用双环控制器控制电容电压,再通过引入负载电流前馈控制补偿由变压器漏阻抗引起的电压跌落的间接补偿策略。在数字控制系统中,在考虑滞后一拍的控制环节后,系统的可控自由度和始终小于系统的阶数。为此,本文引入系统的滞后一拍量作为新的状态变量,并分析了滞后一拍量及其反馈系数构成的局部反馈环节对被控对象的影响,给出了单独设计时,滞后一拍量反馈系数的建议选择范围。在此基础上,提出一种基于状态空间极点配置的双环参数设计方法,在不增加传感器的同时,实现了系统的闭环极点的任意配置。然后,针对电压型变换器在dq旋转坐标系下的耦合量和负载电流扰动进行分析,在考虑数字控制滞后一拍延时的基础上,提出了抑制耦合和扰动的完全前馈补偿方案和近似前馈补偿方案。通过实验,证明了所设计的系统具有良好的变换器动静态特性和抗扰特性。