基于沙漠地带昼夜及地表-地下温差的全天候联合发电系统优质资料

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基于沙漠地带昼夜及地表——地下温差的全天候联合发电系统基于沙漠地带昼夜及地表——地下温差的全天候联合发电系统优质资料(可以直接使用，可编辑优质资料，欢迎下载）作品内容简介本项目针对全球沙漠分布广、太阳能储量丰富、昼夜及地表-地下间温差均较大、且目前尚未开发利用等特点，提出了一套基于沙漠地带昼夜及地表-地下温差的全天候联合发电系统设计思路。最终研究设计了一套包含集热模块、蓄热模块、冷凝模块、以及汽轮机与循环泵等的系统。项目设计的日间发电系统集热装置利用沙漠地表收集热量，与地下数米处形成40ºC以上的温差，结合汽轮机与循环泵，利用卡诺循环原理在白天发电。同时，设计的蓄热装置将部分收集到的热量储存起来，用于夜间与地下冷凝模块等配合发电。这个部分是当白天已经不发电或发电量已经很少的情况下才开始运行，整个系统可实现沙漠地带日间地表、地下温差发电与夜间蓄热装置、地下温差发电的平衡互补功能，最终实现全天候联合互补平衡发电。预期成果对将来大规模开发利用沙漠地带储存的太阳能、实现社会的可持续发展具有重要理论价值和和实际意义。1研究背景及意义能源消耗的全球性增长与非洁净能源的大量使用是造成全球环境污染的主要原因，环境问题的严峻现实迫使人类努力寻找一条人口、经济、社会、资源与环境相互协调的可持续发展道路，开发利用可再生绿色能源已成为当务之急。目前，全世界沙漠面积约有3370万平方公里，占全球陆地总面积的近25%，沙漠的类型有热带、亚热带和温带沙漠，其中，热带和亚热带沙漠主要分布在南北回归线附近副热带高气压带控制下的地区，太阳能蕴藏丰富[1]。以我国为例，沙漠地区每年每平方米可以得到的太阳能大约是5000~6000MJ，我国40万平方公里沙漠面积上每年得到的太阳能大约折合700亿吨标准煤[2]。目前这些储藏丰富的太阳能绝大部分尚未开发利用，少量则以太阳能电池板发电利用方式为主，成本高昂，限制了推广应用。目前温差发电系统主要用在海洋能利用方面[3,4]，以海洋受太阳能加热的表层海水作为高温热源，而以500~1000m深处的海水作为低温热源，用热机组成的热力循环系统依据卡诺循环原理进行发电。从高温热源到低温热源，可获得总温差15~20ºC左右的有效能量，最终仅获得具有工程意义的11ºC温差的能量[5]。但海上气候复杂多变，对发电系统可靠性、稳定性、安全性等方面要求很高，特别是高昂的造价、较低的能量转换效率严重限制了它的应用，海洋温差发电系统目前仍处于示范性阶段。而在沙漠地带，白天地表的温度可以达到50~60ºC，地下5m深处温度却仅有10ºC左右，而夜间地表也会降到0ºC以下[6]，可见，白天地表-地下温差、昼夜温差均远大于海洋温差，如果能够开发设计出优良的集热装置、蓄热装置，则实现温差发电，乃至实现产业化远较海洋温差发电容易。针对上述分析，本项目研究了一套基于沙漠地带昼夜及地表-地下温差的全天候联合发电系统，系统利用分别布置于地表及地下的集热、冷凝模块，结合汽轮机与循环泵，利用卡诺循环原理在白天发电，并采用蓄热模块收集太阳热能，进一步储存起来，用于其与地下冷凝模块等配合，从而在夜间发电，最终实现全天候联合互补平衡发电。本系统大规模利用基本处于废弃状态的沙漠土地以及其储存的丰富的太阳能，对实现社会可持续发展具有重要的理论价值和现实意义。2设计方案2.1用于沙漠温差发电的工质研究在沙漠地带，沙漠浅层和地表以下（0-3m）存在着的温度差为20~40ºC[7]，为了可以达到循环发电的效果，选择的工质的沸点应处于25~35ºC。工质应有良好的热物理性质，与管道材料应相容且应具有热稳定性，其他包括经挤性、安全性、环境保护都要进行考虑[8]。因为烃类是常见的太阳能制冷剂且沸点较符合本项目对工质的要求，所以在选择工质时主要对烃类的物质进行对比。表1工质对比名称熔点℃价格（元/㎏）优点缺点乙醛20.85.7~5.8有辛辣的刺激性气味，无色（可以方便检验泄露情况）易燃，易挥发，其蒸气可与空气形成爆炸性混合物，具有一定的危险性，易氧化，性质活泼，腐蚀性较强一氟三氯甲烷23.726有醚味，而且不燃，化学性质较为稳定，在不含水分时对金属材料无腐蚀（对管道的危害性小，而便于检查泄露，在高温下不会发生化学反应）对坏境有危害，对水体可造成污染，对臭氧层破坏力强。在高热条件下可分解。若遇高热，容器内压升高，有开裂和爆炸的危险甲酸甲酯30较高有芳香气味，而且稳定极易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火或氧化剂有引起爆炸的危险由于循环时工质的温度和压强不是很高，所以工质在高温高压下的缺点可以忽略。通过表1发现，一氟三氯甲烷虽然对金属的腐蚀性较小且化学性质稳定，但其对坏境的危害性较大，价格较高；甲酸钾脂的价格也较高，且极易氧化，危险性较大，也不符合工质的要求；而乙醛的价格相对较为便宜，且有刺激性的气味，便于检漏，对于它的腐蚀性，可以选择耐腐蚀的管道来降低其影响。2.2地表-地下集热储能系统研究为提高集热器的集热效果、发电效率，本系统在集热模块上对材料进行了一些选择。采用高导热率的材料以及在表面涂上高导热率的涂层材料。为了有效防止接头发生泄漏，保证集热器的使用寿命，本系统对连接管也进行了选择。表2涂层材料对比涂层材料价格元/㎏热发色率吸收率优点缺点黑镍176.5~1770.10~0.150.92~0.96电流密度低，分散能力好，电流的效率高等热稳定性、耐蚀性差，耐湿性差黑铬76~780.05~0.0920.87~0.97高选择性，耐温耐湿性能好，光学性能和机械性能稳定等。黑铬工艺需要在高电流密度和低温下操作。黑钴350~3700.12~0.140.94~0.96蜂窝网状结构,光学性能稳定等基体需要预先镀铜或化学镀镍的玻璃。根据表2发现，黑铬有较明显的优点，而且性价比优越，所以选择黑铬为吸热板的涂层材料。表3管材的对比表管材价格元/㎏导热系数W/(m·㎏)比热容J/(㎏·K)密度㎏/m3铜55.6~55.93862368930铝16.59023982710钼125~1301382559590根据表3数据，发现铝的价格比铜便宜，且比重仅有铜的三分之一，项目选择铝作为管道的加工材料。从表4可以看出，彩色铝合金管结构简单，使用方便且可高效安装；此外，具有高强度的铝合金螺母成本低，防腐效果好、安全可靠。所以项目选用彩色铝合金来作为连接管。表4连接管对比连接管名称铜管接管铜接头铝管彩色铝合金管管体铜管铜管加纯铝管铝合金管管表面铜表面热缩管黑铬涂层使用的螺母黄铜螺母黄铜螺母高强度铝合金螺母管体连接方式焊接焊接非焊接的扩口连接安全性安全铜铝接头存在隐患安全价格（相对于纯铜）100﹪40﹪30﹪在上述工作基础上，设计了系统集热模块与冷凝模块，分别如图1、图2所示。在图1中，太阳光被吸热板上的黑铬涂层选择性吸收，透过透明玻璃盖板，在保温层和透明玻璃盖板之间形成温室效应，吸热板与管道中的工质进行热交换，把热量传递给工质，为了减少吸热板的能量损失及提高热传递的效率，本集热器的一大创新之处是在吸热板和透明玻璃盖板之间铺设了许多透明玻璃管，以减少自然对流引起的热损失。在图2中，利用多弯管增加工质与地下土壤的热交换，提高热交换的效率。图2蓄热模块图2蓄热模块2.3蓄热保温系统研究本系统的第二个环节即夜晚发电部分需要高效地将白天蓄积富余的太阳能储存起来，利用一般的显热蓄热蓄热密度小，而且在取热和放热过程中材料温度变化大，效果不好，利用相变潜热蓄热效率高[9]。选择的相变材料需满足相变温度适宜，相变潜热高，液相和固相的导热系数和导温系数高，膨胀系数小，无毒无腐蚀性等条件。无机相变材料特别是结晶水合盐价格便宜、体积蓄热密度和熔解热大，热导率也比较大，常用于低温储热中，对于其容易过冷以及分离的缺点，可以采用加入防过冷剂和防分离剂来实现。表5同类型相变材料对比相变材料熔点℃熔融热kJ/kg价格元/吨防过冷剂防分离剂硫酸钠Na2SO4·10H2032.4254.00440-480硼砂高吸水树脂十二烷基苯磷酸氢二钠Na2HPO4·12H2O35.0208.806000BaS，CaSO4，CaHPO4·12H2OSiO2,膨润土聚乙烯醇氯化钙Ca2Cl2·6H2029.7278.84580CaCO3，CaSO4，Ca(OH)2聚乙烯酰胺通过表5对比分析可知，磷酸氢二钠虽然相变温度适合，但价格相比其它物质高出很多且熔融热较低，虽然氯化钙熔融热较高且价格较低，但相变温度只有29.7ºC，不适合在沙漠中应用。综合以上比较与分析，最终选取硫酸钠作为相变材料。硫酸钠是一种典型的无机水合盐相变储能材料[10]，有较高的潜（254kJ/kg）和良好的导热性能，化学稳定性好，无毒，价格低廉，来源广[11]。Na2SO4·10H20以其优越的性能，成为很具吸引力的潜热储热材料。1200012000图3为PCM相变换热装置的区域简化图，在工质流过的管道外围紧密地缠绕Na2SO4·10H20相变材料。白天气体工质从管道流过时，将热量传送给PCM，PCM由固体变为液体，吸收热量，工质自身变为液体，再回到管路循环。夜晚液体工质从管道流过时，PCM将白天储存下来的热量传递给工质，PCM又由液体变为固体，放出热量，工质变为气态，再送到汽轮机进行发电，实现夜晚发电的目的，这个部分是当白天已经不发电或发电量已经很少的情况下才开始运行，真正做到白天夜晚的互补平衡发电。从图4中可以看到PCM容器与工质管道的安放位置及管道的进出口位置。2.4循环泵系统、汽轮机发电系统选型本部分对能够与本项目中换热工质长时间配用、相容性较好的低扬程循环泵系统、汽轮机发电系统进行选型设计。从表5中可以看出JMT-10B的效率值较低，且扬程较低；而JMT-06-4.5的扬程过高，运行时耗电量大；JMT-07-3.5的扬程、效率适中，因此应选择JMT-07-3.5型的水泵。表5水泵性能参数比较表型号流量范围m3/s扬程m设计点效率%转速r/min比转速JMT-10B0.4142.65575.1914501637JMT-07-3.50.3843.68083.4214501235JMT-06-4.50.4024.80085.6214501034表6汽轮机性能参数表型号额定功率KW额定转速r/min进汽参数排汽参数本体质量吨压力MPa温度℃压力MPa温度℃10003000250-350190-2303.515003000250-350190-2303.5150056002.353900.33609由计算得知，系统的发电量约为型汽轮机效率低，不能满足系统的最佳工况，会造成一定能量浪费；型汽轮机功率虽然满足要求，但其转速太大，本体质量过重，不利于安装检修，同时耗能大，不宜选用；型汽轮机功率满足要求，且转速和本体质量都不是太大，适宜选用。2.5发电系统总体配置、安装方案设计本发电系统的整体布置结构设计如图5所示，系统利用白天集热器（详见图1）所吸收的热量，将工质由液态变为气态。一部分气态工质通过蓄热器进行热交换（详见图3和4），把大部分热量储存在蓄热器中，再经过冷凝系统（详见图2）回到工质储备箱；另一部分气态工质经过闪蒸器后流经汽轮机进行发电，工质继续经过冷凝系统流回工质储备箱。夜间利用低功率泵把液态工质输送到蓄热器中，再与蓄热器进行热交换，把液态工质转换为气态，气态工质流经闪蒸器再与汽轮机结合进行发电，最后经冷凝系统回到工质储备箱。图5发电系统整体构建图图5发电系统整体构建图集热器闪蒸器G冷凝系统介质储备箱P蓄热器人工补给工质1集热器(详见模块一)2冷凝系统(详见模块二)3蓄热器(详见模块三)汽轮机发电机低功率泵3理论设计计算集热器的热计算平板式太阳能集热器如图1所示。包括散热辐射在内的投入太阳能辐射为；透明盖板采用厚度b=4mm普通透明玻璃，吸热面采用铝材，其上镀有的光谱选择性涂层黑铬，查实验资料得吸热面的平均温度，覆盖玻璃内表面的平均温度，吸热面与覆盖玻璃的距离为。已知玻璃对太阳能的穿透比取为，吸热面对太阳能的吸收比（参见表2），吸热面自身的发射率（参见表2），覆盖玻璃板的发射率。这是一个复杂的热量传递过程：太阳的投入辐射到达覆盖玻璃上时，一部分穿透玻璃（取决于玻璃的穿透比），穿透部分抵达吸热吸热面上时，其中的部分被吸收，其余则反射并透过覆盖玻璃抵达外界；由于吸热面的温度高于覆盖玻璃的温度，因此这两块平行板之间有辐射传热，假设单位面积的辐射吸热为；同时吸热面与空腔中的空气之间还有对流传热，假设换热量为。因此对集热器吸热面而言，单位面积记得到的热流密度，可表示为自然对流散热量计算：定性温度：空气的有关物性参数为：传热系数：运动粘度：普朗特数：努赛尔数：对流传热表面传热系数：单位面积对流传热换热量：辐射散热量的计算：单位面积辐射传热量：集热器的有效热流密度：：集热器的效率：这一集热器的效率不是很低，究其原因，除了采用选择性涂层外，吸热板上覆盖一块玻璃也是重要因素，这不仅利用了温室效应，而且也减少了表面的对流散热损失。然而从上面的计算可见，自然对流散热损失是一项主要损失。要进一步提高效率，现构想在吸热表面与玻璃板之间堆放一些对太阳光透明的材料（玻璃管），以抑制夹层中的自然对流（本技术的创新之处，如图1所示）。现假设自然对流能完全抑制，夹层中为纯空气导热，则吸热面的这一项散热在理想情况下可减少到加玻璃管后集热器有效热流密度：加玻璃管后集热器的效率：比较加玻璃管前后的集热器效率，可以看出加玻璃管后集热器效率明显提高，所以构想成立。查阅有关资料现取管道吸收的效率值，汽轮机的效率值，发电机的效率值。估算每平方米的发电量：4工作原理及性能分析塞贝克(SeeBeck)效应、伯尔帖（Peltier）效应和汤姆逊（Thomson）效应是热电转换材料的三个基本热电效应，也是构成热电转换的理论基础。温差发电技术就是利用热电转换材料的塞贝克(Seebeck)效应，通过材料中的载流子运动进行能量形式的转换。该发电系统的集热装置在日间利用沙漠地表收集热量，将管道内的低沸点液体工质汽化，然后利用卡诺循环原理，将气体工质通过闪蒸器之后送入汽轮机进行发电。从汽轮机出来的气体利用地下数米的低温将其冷却，再利用泵装置将其送回地表，形成白天发电的循环系统。同时设计的蓄热装置将收集到的热量储存在蓄热装置中，夜间再将液体工质通过蓄热装置，将其汽化之后再通过闪蒸汽送入汽轮机进行发电，然后利用集热循环的冷却管道和泵装置构成夜晚发电的循环系统。整个系统可实现沙漠地带昼夜的互补平衡发电。5结语本项目设计开发了一套基于沙漠地带昼夜与地表-地下温差的全天候联合发电系统。本系统分为两个阶段，第一阶段在日间利用集热装置在沙漠地表收集热量，形成与地下数米处40ºC以上的温差，然后利用卡诺循环原理进行发电。第二阶段利用设计的蓄热装置将收集到的热量储存起来，在夜间用于与地下低温热源间的发电。同时本项目中选用了能与换热工质长时间配用，且相容性较好的汽轮机发电系统、低扬程循环泵系统。此外，还设计了与系统适用的、特别是能够满足工质要求、气候地质要求的管路。本发电系统可实现沙漠地带日间地表、地下温差发电与夜间蓄热装置、地下温差发电的平衡互补功能。本项目不仅可以降低发电成本，且可大规模利用基本处于废弃状态的沙漠，对实现社会可持续发展具有重要的理论价值和现实意义。参考文献联合国环境规划署.全球沙漠展望[M].2006.张学文.三个世纪的沙漠观.://sciencenet/m/user_content.aspx?id=33496,20213,6.王迅,谷琳,李赫.海水温差能发电系统两种循环方式的比较研究[J].海洋技术,2006,25(2):34-38.杨鹏程,章学来,王文国,施敏敏.海洋温差发电技术[J].上海电力,2021,1:38-39.徐柏林,马勇,金英兰.当今世界海洋发电发展趋势[J].发电设备,2000,1:37-38.李伟,赵镇南,王迅,刘奕晴.海洋温差能发电技术的现状与前景[J].海洋工程,2004,22(2):105-108.张学文.新能源-靠沙漠温度差发电.2021,1,5.李挂云,屠进.高温热管工质的选择[J].节能技术,2001,19(1):42-43.杨培莹,章学来,吕磊磊,盛青青,叶金.太阳能蓄热墙相变蓄热材料的研究进展[J].能源技术,2021,29(2):38-39.蔡作乾,王琏,杨根.陶瓷材料辞典[M].北京:化学工业出版社,2002.马江生.相变储热材料Na2SO4·10H20的研制[J].海湖盐与化工,1994,23(1):题目：基于Matlab/Simulink的三相光伏发电并网系统的仿真院系:姓名：学号：导师：

目录TOC\o"1-3”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc507834538”一、 背景与目的 3HYPERLINK\l”_Toc507834539"二、 实验原理 3HYPERLINK\l”_Toc507834540”1。 并网逆变器的状态空间及数学模型 3_Toc507834542”1.2 三相并网逆变器dq坐标系下数学模型 4HYPERLINK\l”_Toc507834543”1.3 基于电流双环控制的原理分析 5HYPERLINK\l”_Toc507834544”2。 LCL型滤波器的原理 6三、 实验设计 81。 LCL型滤波器设计 81.2 LCL滤波器参数计算 8HYPERLINK\l”_Toc507834549”1。3 LCL滤波器参数设计实例 9HYPERLINK\l”_Toc507834550"2。 双闭环控制系统的设计 102。1 网侧电感电流外环控制器的设计 10HYPERLINK\l”_Toc507834552"2.2 电容电流内环控制器的设计 112.3 控制器参数计算 11HYPERLINK\l”_Toc507834554"四、 实验仿真及分析 12HYPERLINK\l"_Toc507834555”五、 实验结论 16背景与目的伴随着传统化石能源的紧缺,石油价格的飞涨以及生态环境的不断恶化，这些问题促使了可再生能源的开发利用.而太阳能光伏发电的诸多优点，使其研究开发、产业化制造技术以及市场开拓已经成为令世界各国，特别是发达国家激烈竞争的主要热点。近年来世界太阳能发电一直保持着快速发展，九十年代后期世界光伏电池市场更是出现供不应求的局面，进一步促进了发展速度.目前太阳能利用主要有光热利用，光伏利用和光化学利用等三种主要形式，而光伏发电具有以下明显的优点：1。无污染:绝对零排放－没有任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”；2.可再生：资源无限，可直接输出高质量电能，具有理想的可持续发展属性；3。资源的普遍性:基本上不受地域限制，只是地区之间是否丰富之分；4.通用性、可存储性：电能可以方便地通过输电线路传输、使用和存储;5。分布式电力系统:将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义；6.资源、发电、用电同一地域：可望大幅度节省远程输变电设备的投资费用;7。灵活、简单化：发电系统可按需要以模块化集成，容量可大可小，扩容方便，保持系统运转仅需要很少的维护，系统为组件，安装快速化,没有磨损、损坏的活动部件；8。光伏建筑集成（BIPV-BuildingIntegratedPhotovoltaic)：节省发电基地使用的土地面积和费用，是目前国际上研究及发展的前沿，也是相关领域科技界最热门的话题之一。我国是世界上主要的能源生产和消费大国之一,也是少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，提高能源利用效率，调整能源结构，开发新能源和可再生能源是实现我国经济和社会可持续发展在能源方面的重要选择。随着我国能源需求的不断增长，以及化石能源消耗带来的环境污染的压力不断加剧，新能源和可再生能源的开发利用越来越受到国家的重视和社会的关注.实验原理并网逆变器的状态空间及数学模型主电路拓扑图1。1所示为三相并网发电系统的拓扑结构，图中,idc1为直流输入电源，C1为输入直流母线滤波电容，T1~T6为三相逆变桥的6个IGBT开关管，R1为滤波电感L1的内阻和由每相桥臂上、下管互锁死区所引起的电压损失，图1。1三相并网发电系统拓扑结构图三相并网逆变器dq坐标系下数学模型滤波器状态空间模型的具体形式与所选状态变量有关,为了建立采用LCL滤波器的三相并网逆变器的状态空间数学模型，这里选择L1的电感电流i1、电容c1的电压uc。以及并网电感L2上的电流式中ud、uq、usd、usq为三相桥臂电压与电网电压的dq分量。根据式（1）所示的LCL滤波器在dq坐标系下的数学模型，旋转3/2变换在系统的d轴和q轴之间引入了强耦合，d、q轴电流除受控制量ud均和uq影响外，还受耦合电压ωL1i1q、-ωL1i1d、ωL2i1q、-ωL2i2d和耦合电流基于电流双环控制的原理分析基于并网电流单环PI控制无法使系统稳定运行,采用电感电流i1作为内环电流反馈的电流双环控制对系统稳定性没有明显的改善，但采用如图1。3.1所示的电容电流ic作为内环反馈的双环控制,在选择合适图1。3。1电感电流外环电容电流内环系统框图（3）式中;；；;。将图1。3.1等效变换为图1。3。2所示的电流双环控制系统等效图,其参考信号为。图1.3.2中,反馈通道的反馈信号由电容电流和并网电流及积分量分别乘以、、3个常系数的总和形成。如果把电容电流和并网电流及其积分量看成系统的3个状态变量，则图是以为输入量，以、、组成状态反馈增益矩阵的状态反馈控制系统。可以看出,当改变内环控制参数时，也同时改变了电容电流和并网电流及其积分量的反馈通道系数、以及,因此导致电流双环控制器无法通过改变、、的数值将系统的闭环极点配置到所希望的位置上以满足性能指标要求，也是下一步采用高阶极点配置的方法设计电流双环控制器参数时需要解决的问题。图1.3.2并网逆变器双环控制系统等效框图LCL型滤波器的原理LCL与L不同，它是三阶模型，如果设计不好会影响系统的稳定性，需要分析LCL滤波器的整体模型.参数设计过程中，除了要满足网侧电流谐波含量标准外，还要使逆变器侧电流谐波和电容吸收无功功率小.图2。2.1单相LCL滤波器拓扑结构针对单相LCL频率特性进行分析和研究图所示，是逆变器侧输出交流电压,是电网侧电压，和分别为逆变器侧和电网侧的滤波电感,和分别为对应电感的等效电阻，是滤波电容，是电容支路的电阻。相比于L滤波器，LCL滤波器多了和，电容支路对高频纹波电流呈现低阻抗通路从而旁路高频电流，电感抑制电流中的高频纹波.逆变器侧和网侧电阻、相比于感抗、较小，可以忽略.图2.2。1进行拉普拉斯变换得到滤波器的结构框图如2。2。2.图中看出，LCL滤波器中,逆变器侧电感支路与网侧电感支路和电容支路并联电路串联，求出滤波器的传递函数。图LCL滤波器的结构框图系统的串联阻抗为：（2-1)逆变器侧电流为,网侧滤波电感和电容分流关系：(2-2)由逆变器侧电流和公式（3—2)带入可以得到网侧电流：（2—3）由上式可以得出从逆变器侧电压到网侧电流的传递函数：（2—4）在电路滤波器设计的过程中，功率开关元器件的纹波是设计的主要依据。在给定纹波衰减率的条件下，可以由式（2-4）得出两个电感和电容的约束关系。但是满足上述关系的参数可以是多组的并不唯一这给LCL滤波器的设计增加了难度，需要分析LCL滤波器的运行特性，找出电感和电容的约束条件。实验设计LCL型滤波器设计LCL滤波器参数设计的约束条件（1）LCL滤波器的电容将引起无功功率增加，从而降低功率因数。为了保证系统的高功率因数，一般限制电容吸收的无功功率低于额定功率的5％。（2）总电感值要小于，即，否则需要较高的直流电压来保证电流的控制性,这将会增大功率开关的损耗.（3）为了避免开关频率附近的谐波激发LCL谐振，谐振频率应远离开关频率，一般小于,但不能过小,否则低次谐波电流将通过LCL滤波器得以放大.一般谐振频率在十倍的基波频率到开关频率的一半之间。（4）需增设阻尼电阻防止谐振,但阻值不能太大，以免带来过多的损耗，从而降低了效率。LCL滤波器参数计算（1）电感的计算：（3—1）U为网侧相电压有效值，为谐波电流峰值，为开关频率。（2)总电感值的约束条件:（3—2)其中为直流母线电压，为网侧相电压峰值,为相电流峰值,且（3—3）(3)计算电容C可先确定谐振频率,，再根据公式：(3-4）计算得电容C的值；也可以取电容消耗的无功功率为总功率的5％，利用约束条件:，其中，且其中E为网侧线电压有效值，为基波频率。（4）电容所串电阻（3-5）有很多的限制条件,满足有功功率和无功的控制要求，总结如下：（1）滤波电容吸收的无功尽量少；(2）逆变器侧电流纹波尽量少；（3）谐振频率避免与开关频率及其倍数附近重合；（4）提高逆变器电压对电网侧电流控制。LCL滤波器参数设计实例选定直流母线电压800V，电网电压380V/50Hz，总功率100kW,开关频率选定为5kHz,可得输出相电流峰值为10A，令为逆变器侧滤波电感，为网侧滤波电感，为滤波电容，为单环控制策略中电容所串电阻。根据前面所述参数计算方法,可得到：总电感约束值：且，又所以可取总电感为3mH，取又由于，且，，可得,取。可得谐振频率:满足约束条件：进而可得单环控制策略中电容所串电阻：双闭环控制系统的设计网侧电感电流外环控制器的设计下图是基于LCL滤波的三相并网逆变器原理图所得系统线性控制模型：图3.1.1基于有源阻尼的线性系统控制计算PI调节器的参数，根据文献［2]得LCL滤波器的传递函数：（3—6）将逆变器等效为一个小惯性环节:又的数值很小，忽略不计,则F(s)化简为：（3—7）进而可得被控对象的传递函数：（3-8）且已知PI调节器的传递函数为：其中τ=hT整定为II型系统后为：（3-9)且典型II型系统的传递函数为:（3-10）其中，选定h，滤波器参数、C和的值，即可计算出K，然后可得即,且，电容所串电阻为：（3-11）以上为理论计算方法，仿真过程中各参数还需要适当调整，才能得到较好的滤波效果和稳定的电压电流波形。电容电流内环控制器的设计由系统线性控制模型可得电容电流内环控制对象传递函数为：由于的数量级在，忽略不计，控制对象可简化为：典型I型系统为：上述控制对象要整定为I型系统，可采用PI调节器:,且取为T和RC中较大的数，由于，取3,C=20uF，T为0.0002S，，则取=RC，整定后的I型系统为：，又,且取KT=0.5时超调较小、动态响应较快，计算可得的值，。控制器参数计算根据2.1节,可得整定后的并网电感电流外环传函为：且典型II型系统为：其中，由于开关频率为5KHz，则T=0。0002s，又取h=5时，动态响应适中,此时:可得：，即：，又，可得：.根据2。2节，计算得电容电流内环的PI调节器的参数：实验仿真及分析为了验证本文所叙述的LCL滤波器参数的设计方法及所采用的电流双环控制策略的可靠性，以及系统是否能达到所要求的稳定性，第三章中的系统设计了仿真，根据上文中计算所得各参数,取滤波电感，滤波电容,电容所串电阻，并网电感电流外环PI调节器参数为,，滤波电容电流内环PI调节器参数为，。下图是基于LCL滤波器的光伏三相并网逆变器双环控制仿真电路：图4。1基于LCL滤波器的光伏三相并网逆变器双环控制仿真电路（1)有功功率和无功功率波形图4。2有功和无功功率波形由图4.2可知，系统的无功功率为0,有功功率稳定在8000W，小于8000W是因为存在有功功率损耗。（2）电网电压波形图4.3电网电压波形由于都是三相并网，且电压、频率相同，电压是已确定的，所以仿真所得电压波形如上图所示，仿真中设置A相初相位为0°，B、C两相一次相差120°。（3）逆变器输出电压电流波形图4.4逆变器输出电压电流波形由图4。4可知，电压电流同频同相,实现了单位功率因数并网。（4）并网电流仿真波形（a）逆变器侧的滤波电感上的电流波形（b）逆变器侧的滤波电感上的电流波形图4.5基于LCL型滤波器的逆变器并网电流波形并网电流仿真波形如图4。5所示，上半部分为逆变器侧的滤波电感上的电流,下半部分则为网侧电感上的电流.从这并网电流仿真波形中我们可以看到,逆变器侧电感电流纹波比网测电感电流纹波粗，这是由于网测电感电流是经过了和两个电感的滤波而得到的,逆变器侧电感电流只经过了一个电感的滤波，这样网测电感电流中的谐波含量就比逆变器侧电感电流的谐波含量低，的波形自然就比的波形细.同时也验证了LCL型滤波器的滤波效果比单一电感的滤波效果好这一观点.（5）输出电流波形图4.6基于有源阻尼控制策略的仿真电流通过以上波形，可以看出基于LCL滤波器的光伏三相并网逆变器双环控制策略所得到的电流波形平滑，谐波成分更少，滤波效果更好。同时对仿真波形进行了傅里叶分析,分析如下图图4.7基于有源阻尼控制的仿真电流傅里叶分析通过以上仿真波形可以看出，网侧电流的相位与电网电压非常接近，系统实现了高功率因数并网运行，并且网侧电流THD仅为0。10％，很好地抑制了入网电流的谐波含量，获得了预期的电流输出效果，证明控