三相逆變器的諧波抑制方法應用

李白龍

【摘 要】伴隨著開關型功率器件脈寬調試技術的普及運用，不可避免的會產生一定的諧波含量，傳統LCL型濾波器存在諧振峰值致使諧波分量過高的弊端，難以控制。本文提出一種諧波抑制方法，在不增加系統資源的前提下，合理的利用系統的現有資源對零序電流進行閉環控制，經仿真和實際論證可有效減小并網電流的諧波含量，提高整機的輸出特性。

【關鍵詞】 逆變器 諧波抑制 光伏

1 引言

伴隨著開關型功率器件脈寬調試技術的普及運用，不可避免的會產生一定的諧波含量，多臺逆變器并網運行時很容易饋入到電網中，因此諧波的抑制一直以來都是各行業關注熱點，在現有的輸出濾波環節上，目前廣泛應用的有LC，LCL型，因為電網自身感抗Lg的客觀存在，LC實質也是LCL型，LCL型濾波器基本思想是利用電感和電容分別在高頻特性下的對開關紋波電流的高低阻抗特性，實現濾波效果。但是由于LCL型濾波器在理論上存在一個高幅值的諧振峰（其相位滯后會從-90°急劇變化到-270°，遠遠超過自控理論系統穩定的-180°相位滯后條件），且不同電網下的感抗Lg不一樣，這就導致諧振峰值點的頻帶也會有所偏移，難以穩定控制，當前應用較多的改進型LCL濾波器就是在電容支路上串聯電阻加以吸收抑制，串接電阻確實可以在全頻段很好地抑制諧振，但隨之而來的損耗不可避免，且電阻的串入也增加了該支路的阻抗，違背了電容低阻抗特性的設計初衷，影響實際濾波效果，針對這一情況目前亦有專利提出，在每一個電阻上并接電感，通過電感在不同頻段下的阻抗特性來降低電阻損耗過高的問題。但顯然的，電網自身感抗Lg的不確定性，諧振頻段會有所偏移，這就增加了并接電感的設計難度。

2 設計內容

本方案的目的是解決上述現有技術中存在的問題，提出了諧波抑制的方法。在不增加系統資源的前提下，合理的利用系統的資源，采用零序閉環控制方法，無需增加阻尼電阻即可提高系統輸出性能。

如圖1所示，為三相逆變器的拓撲電路圖，其包括直流DC端1，逆變電路2，LCL濾波電路3以及交流電網端AC4。

針對上述結構，如引言所描述的，傳統的LCL濾波電路存在一個高增益的諧振峰值，會導致該頻段諧波含量過高，改進型電路則是在電容接到bus中點的支路上通過串聯阻尼電阻來加以吸收，從而抑制零序電流中的諧波含量，但由于增加電阻帶來的損耗不可避免，影響實際濾波效果，基于對零序電流諧波抑制的思路，提出一種零序電流抑制的控制方法，無需在電容接到bus中點的支路上通過串聯阻尼電阻。

方法具體描述如下：

根據所逆變器的三相輸出電流Ia，Ib以及Ic計算得到零序電流Io（Io=-（Ia+Ib+Ic），對得到的零序電流進行閉環PI控制，計算得出控制調節量再給到實際三相PWM的duty輸出上進行調節，控制三相電流的輸出，最終達到對零序電流諧波抑制的目的，原理圖如圖2 所示。

圖3為A相未導入和導入零序控制下的諧波分量仿真對比圖，其中諧波Thdi含量達到了23.13%，且輸出波形存在明顯振蕩現象，導入方案后諧波分量得到較好的抑制，效果明顯，橫坐標表示頻率帶，縱坐標表示各次諧波Thdi占基波分量的百分比。

3 結語

綜上所述，通過對零序電流進行閉環控制，可以有效解決傳統LCL型濾波器存在諧振峰值致使諧波分量過高的弊端，從而有效減小并網電流的諧波含量，相較改進型的LCL濾波器而言，無需串入阻尼電阻，同樣實現諧波抑制，實現整機輸出特性的提升。

參考文獻：

[1]王穎杰.LCL濾波的三相變換器并網關鍵技術研究[D].中國礦業大學，2012.12

[2]張興，邵章平 等.非隔離型三相三電平光伏逆變器的共模電流抑制[J].中國電機工程學報，2013年03期.