对于 LCL 滤波的三相并网型逆变器系统，电网电压畸变会增加网侧电流总谐波。针对该问题，分析了传统逆变侧电流单环控制策略无法有效抑制电网电压畸变对网侧电流的影响。 为了增加网侧电流对电网电压畸变的抗扰性， 提出了电流双环的控制策略。内环通过 PI 控制器实现对逆变侧电流的控制，外环通过 PI+PR 的控制方案完成对网侧电流的控制。通过推导系统的输出导纳的频率响应，分析了在本文提出方案下，网侧电流能够更有效的抑制网侧电压畸变的影响。仿真以及 100kW 样机的实验结果验证了本文提出控制策略的有效性。

1.引言

随着并网逆变器的广泛使用，人们越来越关注并网逆变器与电网之间相互影响。IEEE Std 929-2000 等协议对并网逆变器提出非常严格的谐波标准。相对于L 滤波器，在相同谐波标准下 LCL 滤波器拥有更好的动态响应，更低的成本以及更小的体积因而广泛的应用于并网逆变器系统之中[1]。 但 LCL 滤波的并网逆变系统为三阶系统，需要更加复杂的控制策略。同时并网逆变器往往工作在较偏远地区，其工作环境中电网脆弱，电网电压畸变的现象较为严重，电网畸变会导致并网系统中电流谐波的增大。

传统上常采用并网侧电流单环控制策略[2]，但在该控制策略下没有能实现对电流的直接控制，电流易受到网侧电压畸变的影响[3]。分裂电容[4]以及逆变侧电流网侧电流加权[5]的控制方法能够实现系统降阶并提高系统增益，但本质上仍是间接控制的方法，系统的高增益不能保证网侧电流的抗扰性。电容电流内环网侧电流外环[6]以及基于该控制策略电网电压完全前馈 [7]能够实现对于网侧电流的直接控制， 同时有效的抑制电网电压对于网侧电流的影响，但该方法中内环只为改造受控系统，同时双环参数相关联给控制器调试带来困难。重复控制能够有效抑制系统中周期性扰动的影响，但会降低系统的快速性[8]。

无差拍控制能够保证系统快速性，但是其过于依赖精确的系统参数[9]。 PR 控制器能够提供给特定次频率高增益从而增加该频率处系统的抗扰性能，同时不会对系统稳定性带来过大的影响，因此被广泛的应用于并网系统的控制之中[10][11]。针对 LCL 滤波的三相并网逆变器系统， 本文在 dq坐标系下首先分析了传统的逆变侧电流控制策略的不足。由于该控制策略未能实现网侧电流的直接控制，难以通过提高系统增益实现网侧电流对电网电压畸变的抑制能力。通过推导系统闭环条件下输出导纳量化了电网电压畸变对网侧电流的影响。为了实现对网侧电流的直接控制，本文提出了电流双环控制策略，内环通过PI控制器完成对逆变侧电流的控制同时保证系统的稳定性，外环通过 PI+PR 控制器实现对于网侧电流的控制，同时能够有效抑制电网电压畸变对网侧电流的影响。相对逆变侧电流单环控制策略，双环的控制策略下系统输出导纳明显减小，即网侧电流能更好的抑制电网电压畸变的影响。仿真和实验结果验证了本文提出方法的有效性。

在三相并网逆变系统中，常采用 SVPWM 以提高的直流利用率[12]，同时采用 dq 变换将系统从三相静止坐标变换至两相旋转坐标。dq 坐标系下系统的表达式如式(2)所示。

3.控制策略

3.1 逆变侧电流控制策略

对于 LCL 滤波的并网逆变系统， 在不考虑电网电压影响的情况下，逆变侧电流与网侧电流在低频段基本相同。传统方法常采用通过控制逆变侧电流实现对于网侧电流的间接控制[13]，其控制框图如图 3 所示，其中 G1(s)为 PI 控制器。

在闭环系统中， 通常通过设计 PI 参数使得系统拥有更高的增益，从而保证系统的抗扰动性能。但是在逆变侧电流单环控制策略下， 网侧电流没有直接受控，增加闭环系统增益，意味着 Ti增加，但是由于系统输出导纳的分子仍然存在 Ti，所以系统输出导纳并不会因为增益的提高而明显减小。

3.2 电流双环控制策略

尽管传统的逆变侧电流单环控制策略不能有效抵御网侧电压畸变的干扰，但其控制器设计方便，同时系统有较好稳定性以及动态响应[14]。 本文提出在逆变侧电流控制环路基础上，加入网侧电流外环的控制策略，其结构框图如图 4 所示。

在该控制策略下， 内环通过 PI 控制器控制逆变侧电流，能够保证系统稳定性。外环直接控制网侧电流以保证网侧电流的抗扰性能。在内环闭环的基础上推导出控制对象如式(6)所示

3.仿真以及实验结果

仿真通过 Matlab 中 Simulink 实现。搭建 LCL 滤波的三相并网逆变器系统，参数如表 1 所示。同时在正常电网的情况下于 0.06s 时引入 10%的 5 次谐波和10%的 7 次谐波。首先在逆变侧电流单环控制策略下采用 PI+PR 的控制器， 仿真结果如图 10 所示， 逆变侧电流单环控制策略不能保证网侧电流的抗扰性。采用本文提出的双环控制策略，在外环中加入 5 次以及 7次的 PR 控制器，仿真结果如图 10 所示。可以看出本文提出的控制策略能够有效抑制由于电网电压畸变带来的网侧电流谐波。

电网电压以及网侧电流的波形如图 11 所示。 可以看到即使引入 PR 控制器，网侧电流仍然明显受到网侧电压畸变的影响，网侧电流 THD 为 2.921%。采用本文提出的双环控制策略，在外环中加入 7 次谐波，在同样的功率等级下进行实验，结果如图 11 所示，可以看到网侧电流波形明显改善，这时网侧电流的 THD 为1.159%。分析电网电压以及在不同控制策略下网侧电流的各次谐波分量如图 12 所示。从图中可以看到，在本文提出的控制策略下，电流各次谐波相对于传统控制策略明显减小。

4.结论

随着分布式并网发电系统的发展，并网逆变器输出电流质量受到越来越多的关注。并网逆变器常采用LCL 滤波从而在较低成本以及较小体积的情况下达到相同的滤波效果。传统上常采用逆变侧电流单环控制策略以达到间接控制网侧电流的目的，但是在该控制策略下，网侧电流不能直接受控，很难通过提高系统增益达到抑制电网电压干扰的目的。本文提出的双环控制策略通过内环控制逆变侧电流，保证了系统的稳定性，同时通过外环控制控制网侧电流以抵御网侧电压的干扰。外环采用 PI+PR 的控制策略，能够有效的抑制网侧电流特定次谐波。

本文提出的控制策略设计方便，同时能够有效的抑制电网电压畸变对网侧电流的影响，可以大量应用于 LCL 滤波的太阳能，风能以及燃料电池的并网逆变器之中。