无源阻尼法的应用与研究进展

为了抑制LCL滤波器的谐振特性，提高系统的稳定性，最简单的方法就是在滤波器的回路中串入电阻来增加系统的阻尼，即无源阻尼法。根据电阻与元器件连接方法的不同，可以分为如图5-28所示的几种采用无源阻尼方式的增阻尼方法，即网侧电感串联电阻、网侧电感并联电阻、电容支路串联电阻以及电容支路并联电阻。下面分别对4种无源阻尼方式进行分析。

图5-28 无源阻尼安放位置

（1）网侧电感串联电阻对系统特性的影响分析

由图5-28分析，当网侧电感串联电阻即图中R₂=∞、R₄=∞、R₃=0、R₁≠0时，LCL滤波器的传递特性为

根据式（5-86）画出桥臂侧电压到网侧电流传递函数I_g（s）/U（s）的博德图，如图5-29所示，其中Z_Lg为网侧电感的电感感抗，从中可以分析阻尼电阻对系统特性的影响。

图5-29中所示，从阻尼特性来说，未加入阻尼电阻时，传递函数存在谐振峰值，随着阻尼电阻的增加，衰减程度变大。从传递函数整个频率段的传递特性来看，阻尼电阻的加入，高频衰减特性虽然基本保持不变，然而，系统的低频特性发生了较大的变化，即桥臂电压对网侧电流的传输比随阻尼电阻值的增加而衰减；显然，网侧电感串联电阻的无源阻尼法在增加系统阻尼的同时，影响了其低频传输特性，从而影响了系统控制性能。

图5-29 网侧电感串联电阻时I_g（s）/U（s）随电感串联电阻变化的博德图

另外，当电阻串联在电感回路中时，由图5-29可以看出，当阻尼电阻较大时（如为网侧电抗的10倍以上）才能明显抑制谐振峰，这显然将导致损耗的增加。因此，无论是从控制性能还是系统功率损耗的角度分析，这种网侧电感串联电阻方法并不是较好的无源阻尼方案。

（2）网侧电感并联电阻对系统特性的影响分析

由图5-28分析，当网侧电感并联电阻，即图中R₂≠∞、R₄=∞、R₃=0、R₁=0时，LCL滤波器的传递特性为

根据式（5-87）画出桥臂侧电压到网侧电流传递函数I_g（s）/U（s）的博德图，如图5-30所示，从中可以分析阻尼电阻对系统特性的影响。

图5-30中所示，由于电阻并联在网侧电感中，随着阻尼电阻的减小，谐振峰的衰减程度增加。然而，阻尼电阻的加入却改变了其高频衰减特性，即随着阻尼电阻的减小，高频段的衰减速率变慢，从而导致滤波性能的下降。由于这种网侧电感并联电阻的无源阻尼法方案无法兼顾其阻尼和滤波特性，因此工程应用上很少采用。

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图5-30 网侧电感并联电阻时I_g（s）/U（s）随电感并联电阻变化的博德图

（3）电容支路串联电阻对系统特性的影响分析

由图5-28分析，当电容支路串联电阻即图中R₂=∞、R₄=∞、R₃≠0、R₁=0时，LCL滤波器的传递特性为

根据式（5-88）画出桥臂侧电压到网侧电流的传递函数I_g（s）/U（s）的博德图，如图5-31所示，其中Z_C为电容支路的电容容抗，从中可以分析阻尼电阻对系统特性的影响。

图5-31中，随着阻尼电阻的增大，谐振峰的衰减程度相应增加，并且当阻尼电阻与电容容抗相比较小时，就能取得明显的阻尼效果。虽然随着阻尼电阻的增加，高频段的衰减速率会受到一定影响，然而，当阻尼电阻与电容容抗相比较小时，并非显著影响其滤波性能，且阻尼电阻的功率损耗也相应较小。可见，这种电容支路串联电阻的无源阻尼方案是一种可选的应用方案。

（4）电容支路并联电阻对系统特性的影响分析

图5-31 电容支路串联电阻时I_g（s）/U（s）随电容串联电阻变化的博德图

由图5-28分析，当电容支路并联电阻即图中R₂=∞、R₄≠∞、R₃=0、R₁=0时，LCL滤波器的传递特性为

根据式（5-89）画出桥臂侧电压到网侧电流的传递函数I_g（s）/U（s）的博德图，如图5-32所示，从中可以分析阻尼电阻对系统特性的影响。

从图5-32中可容易地看出，这种电容并联电阻的无源阻尼方法的特点就是在不改变低频和高频段频率特性的同时，能抑制中频段的谐振峰，且随着阻尼电阻的减小，谐振峰的衰减程度也相应增加。然而，图5-32表明，阻尼电阻的电阻值为电容容抗的25%时还不能完全将谐振峰值衰减掉，由于阻尼电阻并联在电容两端，因此随着阻尼电阻阻值的减小，其功率损耗也随之增加，因此，这种电容并联电阻的无源阻尼方法实际上也较少采用。

综上所述，从控制特性、滤波特性、阻尼特性以及功率损耗的角度综合分析，由于电容支路串联电阻的方案综合性能要优于其他3种，因此，工程上一般都采用此种无源阻尼法。

图5-32 电容支路并联电阻时I_g（s）/U（s）随电容并联电阻变化的博德图