LCL型并網(wǎng)逆變器優(yōu)化控制策略

劉 洋，張運(yùn)波，張 紅

(長(zhǎng)春工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

1 概述

濾波器通常被用于將并網(wǎng)逆變器與公用電網(wǎng)相連接，以過(guò)濾并網(wǎng)逆變器交流側(cè)產(chǎn)生的諧波。LCL型濾波器的諧波衰減率可以達(dá)到-60 dB/dec左右，其性能遠(yuǎn)超過(guò)L型濾波器而倍受青睞。本文提出一種新型LCL型并網(wǎng)逆變器控制策略，旨在解決LCL型并網(wǎng)逆變器的高頻諧振和穩(wěn)定性問(wèn)題。

2 LCL型并網(wǎng)逆變器控制策略的優(yōu)化設(shè)計(jì)

LCL型三相并網(wǎng)逆變器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 LCL型并網(wǎng)逆變器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1中并網(wǎng)逆變器直流側(cè)電壓為Udc，直流源電流為Idc，直流側(cè)電容為C1，逆變器交流側(cè)電壓為USN(N=a，b，c)，逆變器交流輸出側(cè)電感為L(zhǎng)1N(N=a，b，c)，濾波電容為CN(N=a，b，c)，CN的電壓和電流分別為ucN(N=a，b，c)和icN(N=a，b，c)，交流電網(wǎng)側(cè)濾波電感為L(zhǎng)2N(N=a，b，c)，由上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以推導(dǎo)出LCL 型濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)為：

(1)

由式(1)可計(jì)算出系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)的角頻率為：

(2)

本文提出一種基于逆變器直流側(cè)電壓環(huán)、濾波電容電流環(huán)和逆變器交流側(cè)電流環(huán)的三閉環(huán)控制策略。該控制策略的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 三閉環(huán)控制策略系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

上述逆變控制策略將在1臺(tái)6 kW的并網(wǎng)逆變器樣機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證，主要參數(shù)如下：直流母線輸入電壓為400 V，電網(wǎng)側(cè)交流電壓為220 V，基波頻率f0=50 Hz。LCL濾波器的參數(shù)：L1N=1.575 mH，CN=2.121μF，L2N=0.485 mH。選用Fluke 43B電能質(zhì)量分析儀用于波形記錄和功率分析。圖3為采用本文三閉環(huán)策略得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖所示并網(wǎng)逆變器樣機(jī)半載時(shí)可提供3 kW(每相1.06 kW)的有功功率和1.2 kVar(每相390 Var)的無(wú)功功率輸出，交流側(cè)電流與電網(wǎng)電壓同相，電網(wǎng)側(cè)電流的THD值為3.3%，半載時(shí)功率因數(shù)為0.94，LCL濾波器有效地抑制了諧波的產(chǎn)生，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性要求。

圖3 并網(wǎng)逆變器半載時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)分布式發(fā)電領(lǐng)域，需要簡(jiǎn)單、低成本、高性能的并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)方案，本文以LCL型三相并網(wǎng)逆變器為研究對(duì)象，系統(tǒng)地分析了LCL型并網(wǎng)逆變器的動(dòng)態(tài)特性和耦合機(jī)理，提出一種新穎的三閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)化控制策略，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制策略能夠?qū)Σ⒕W(wǎng)逆變器的輸出電流諧波有較好的抑制作用，輸出諧波THD值和半載時(shí)功率因數(shù)都能夠滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。