基于电容电流反馈有源阻尼控制的单相LCL并网逆变器仿真研究（仿真模型+说明文档+参考文献）

2026-02-15 18

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简介： 基于电容电流反馈有源阻尼控制的单相LCL并网逆变器仿真研究（仿真模型+说明文档+参考文献）

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💥第一部分——内容介绍

基于电容电流反馈有源阻尼控制的单相LCL并网逆变器仿真研究

摘要

本文针对单相LCL并网逆变器开展仿真研究，采用直接电流控制与电流双闭环控制策略。外环运用并网电流PI控制，内环采用电容电流反馈P控制实现有源阻尼，有效抑制系统谐振。引入电网电压前馈控制以提升系统响应速度、抑制谐波、降低并网冲击与网侧电压突变影响。采用双极性SPWM调制技术，使并网电流THD<3%。通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型，验证了控制策略的可行性与有效性，各模块功能明确，易于理解。

关键词

单相LCL并网逆变器；电容电流反馈有源阻尼；电流双闭环控制；电网电压前馈；双极性SPWM调制

一、引言

随着可再生能源的广泛应用，并网逆变器作为连接可再生能源发电系统与电网的关键设备，其性能直接影响电能质量与系统稳定性。LCL滤波器因其优越的高频谐波抑制能力，在并网逆变器中得到广泛应用。然而，LCL滤波器存在谐振问题，易导致系统不稳定。电容电流反馈有源阻尼控制作为一种有效抑制谐振的方法，受到广泛关注。本文围绕基于电容电流反馈有源阻尼控制的单相LCL并网逆变器展开仿真研究，旨在为实际工程应用提供理论支持与技术参考。

二、单相LCL并网逆变器控制策略

2.1 直接电流控制

直接电流控制通过直接控制并网电流，使其快速跟踪给定参考值，避免了传统间接电流控制中的信号传递延迟和误差放大问题，提高了控制精度和响应速度。在单相LCL并网逆变器中，直接电流控制能够确保并网电流与电网电压同步，实现单位功率因数并网。

2.2 电流双闭环控制

电流双闭环控制由外环和内环组成。外环采用并网电流PI控制，根据系统需求生成合适的电流指令信号，提供给内环。内环采用电容电流反馈P控制，通过反馈电容电流实现LCL滤波器谐振尖峰的有源阻尼，有效抑制系统谐振。双闭环控制策略能够充分发挥外环的稳态性能和内环的动态性能，实现对并网电流的精确控制。

2.3 电网电压前馈控制

引入电网电压前馈控制，将电网电压信息反馈到控制系统中，能够加快系统反应速度，抑制谐波，减少并网冲击，降低网侧电压突变对系统的影响。电网电压前馈控制通过补偿电网电压波动引起的干扰，提高了系统的抗干扰能力和稳定性。

2.4 双极性SPWM调制

采用双极性SPWM调制技术，同一桥臂上下管互补导通，每个载波周期产生正负两种电平。双极性调制能够减小逆变器输出电流的谐波成分，提高电能质量。同时，合理选择载波频率和调制波频率，能够进一步优化输出波形，降低开关损耗。

三、单相LCL并网逆变器数学模型

单相LCL并网逆变器主要由逆变器、LCL滤波器以及电网组成。LCL滤波器由逆变器侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2构成。设输入直流电压为Um，逆变器桥臂输出电压为Uinv，电网电压为Ug，公共耦合点电压为Upcc，逆变器侧电感电流为i1，电容电流为ic，并网电流为i2。

根据电路原理，可得到LCL滤波器的动态方程：

编辑

四、仿真模型搭建

4.1 主电路模块

主电路包括直流电源、逆变桥、LCL滤波器和电网。直流电源提供稳定的直流电压，逆变桥由四个IGBT组成，将直流电转换为交流电。LCL滤波器用于滤除逆变器输出电压中的谐波成分，保证注入电网的电流质量。电网采用恒压电压源表示。

4.2 控制电路模块

锁相环（PLL）：获取电网电压的相位信息，为并网电流指令的生成提供同步信号。
电流指令生成模块：根据外部电压环的输出生成并网电流参考值I*。
电流双闭环控制模块：外环采用并网电流PI控制，内环采用电容电流反馈P控制。将并网电流采样信号ig与其指令值I*进行比较，得到的误差信号送入电流调节器Gi(s)（采用PI调节器）。通过反馈电容电流ic实现LCL滤波器谐振尖峰的有源阻尼，从Gi(s)的输出vr中减去ic的反馈信号vic，得到调制波vm。
电网电压前馈控制模块：将电网电压采样信号Ug进行适当处理后，反馈到控制系统中，与电流双闭环控制的输出相叠加，生成最终的调制波。
双极性SPWM调制模块：根据调制波vm生成双极性SPWM信号，驱动逆变桥的IGBT。

4.3 采样与反馈模块

对并网电流ig、电容电流ic和电网电压Ug进行采样，并将采样信号反馈到控制电路中，形成闭环控制系统。

五、仿真结果与分析

5.1 稳态性能分析

在稳态情况下，观察并网电流ig和电网电压Ug的波形。仿真结果表明，并网电流ig能够很好地跟踪电网电压Ug的相位，实现单位功率因数并网。同时，并网电流波形接近正弦波，谐波含量较低。

5.2 动态性能分析

通过改变并网电流参考值I*，观察系统的动态响应。仿真结果显示，系统能够快速响应参考值的变化，过渡过程平稳，无超调现象，表明电流双闭环控制策略具有良好的动态性能。

5.3 谐振抑制效果分析

对比有无电容电流反馈有源阻尼控制时的并网电流波形。在没有有源阻尼控制时，并网电流波形出现严重震荡，谐振峰值较高。而采用电容电流反馈有源阻尼控制后，谐振得到明显抑制，并网电流波形稳定，谐振峰值大幅降低。

5.4 电网电压前馈控制效果分析

在电网电压发生突变时，观察并网电流的响应。仿真结果表明，引入电网电压前馈控制后，系统能够快速补偿电网电压突变引起的干扰，并网电流能够迅速恢复稳定，减少了并网冲击，提高了系统的抗干扰能力。

5.5 并网电流THD分析

利用FFT工具对并网电流进行谐波分析，计算并网电流的总谐波失真度（THD）。仿真结果显示，并网电流THD<3%，满足并网电能质量要求。

六、结论

本文围绕基于电容电流反馈有源阻尼控制的单相LCL并网逆变器展开仿真研究，采用直接电流控制与电流双闭环控制策略，引入电网电压前馈控制和双极性SPWM调制技术。通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型，对系统的稳态性能、动态性能、谐振抑制效果、电网电压前馈控制效果以及并网电流THD进行了分析。仿真结果表明，该控制策略能够有效抑制LCL滤波器的谐振，提高系统的稳定性和抗干扰能力，使并网电流满足电能质量要求。本文的研究为单相LCL并网逆变器的实际工程应用提供了理论支持和技术参考。