單相LCL型并網(wǎng)逆變器設(shè)計

姚愛芬　陳劍美　姜麗媛等

關(guān)鍵詞：單相并網(wǎng)逆變器；LCL濾波器；無源阻尼法

中圖法分類號：TM464 文獻標識碼：A

1引言

在人類可應(yīng)用的眾多可再生能源中，由于太陽能、風(fēng)能具有異于常規(guī)能源的優(yōu)越特點，因而成為世界上重點研究的能源之一。目前，人類對太陽能、風(fēng)能等新能源已經(jīng)研究出多種出色的能源利用方法，其中使用最多、效果最好的當(dāng)屬并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)。在光伏發(fā)電并網(wǎng)中，其核心技術(shù)和關(guān)鍵就是并網(wǎng)逆變器的設(shè)計，其拓撲結(jié)構(gòu)和控制算法直接影響并網(wǎng)電能質(zhì)量。并網(wǎng)逆變器的主要問題是確保良好的電能質(zhì)量，保證其輸出的電壓、電流能夠與電網(wǎng)電壓、電流在頻率與相位上同步，同時提高逆變效率，滿足安全、穩(wěn)定、可靠的要求。然而，并網(wǎng)逆變器最重要的是控制設(shè)計，不同的控制設(shè)計會改變并網(wǎng)逆變器控制性能以至于影響整個并網(wǎng)逆變器性能。因此，較好的并網(wǎng)逆變器控制器對并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)極為重要。

2濾波器參數(shù)設(shè)計

在并網(wǎng)逆變器中，除了要求并網(wǎng)逆變器的輸出必須與電網(wǎng)在頻率、相位上同步，還要對輸出電流的質(zhì)量有所要求，即要求并網(wǎng)電流THD<5%，故輸出電流的諧波含量不能太高，否則會對整個電網(wǎng)產(chǎn)生影響，造成“污染”。所以，這就需要在系統(tǒng)中加入濾波器。濾波器對并網(wǎng)電流起著濾波作用，即濾除高頻諧波，并抑制電網(wǎng)電流的波動，對于并網(wǎng)逆變器來說至關(guān)重要。常見濾波器有L型濾波器、LC型濾波器和LCL型濾波器。L型濾波器濾波性能一般；LC型濾波器濾波性能很好，但相較于L型濾波器，其無功損耗較大，又由于其獨特的特點，更適合于電壓源型逆變器。為了得到更好的并網(wǎng)電流，必須對并網(wǎng)時的諧振峰值進行抑制，因此，若要利用LCL濾波器出色的高頻諧波抑制能力，必須設(shè)法對其諧振峰以及相位突變進行抑制，這就要加入所謂的LCL濾波器的阻尼控制。

分析圖1所示波形圖可以得到，并網(wǎng)電流峰值約為199 A，并網(wǎng)電壓峰值為311V，并且同頻同相位，可以實現(xiàn)并網(wǎng)，驗證了所設(shè)計方案的正確性。同時，波形穩(wěn)定，證明系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)特性。

對并網(wǎng)電流進行傅里葉分析得到如圖2所示THD分析圖，由分析結(jié)果得到并網(wǎng)電流的諧波含量為1.06%，滿足并網(wǎng)電流THD<5％的要求。

給系統(tǒng)突變負載，得到如圖3所示波形變化。分析得到系統(tǒng)在0.035 s時負載發(fā)生突變，在0.037 s時系統(tǒng)在半載下穩(wěn)定運行。可以得到系統(tǒng)具有很好的抗擾性能和良好的動穩(wěn)態(tài)特性。

5結(jié)束語

本文采用并網(wǎng)控制策略所設(shè)計的單相并網(wǎng)逆變器可以使并網(wǎng)電流和并網(wǎng)電壓同頻同相，實現(xiàn)了并網(wǎng)：并網(wǎng)電流THD<5％，證明系統(tǒng)具有很好的諧波抑制能力，可以輸出波形較好的正弦電流；通過輸入突加擾動的輸入信號，可以分析得出系統(tǒng)具有良好的動穩(wěn)態(tài)特性，以上結(jié)果都證明了本文設(shè)計的可行性。

作者簡介：

姚愛芬（1988—），碩士，講師，研究方向：電力電子技術(shù)與光伏并網(wǎng)技術(shù)。

陳劍美（1988—），碩士，講師，研究方向：信號處理、算法以及電子、通信與自動化控制技術(shù)。

姜麗媛（1988—），碩士，副教授，研究方向：電力電子與電力傳動。

陳鵬（1990—），碩士，講師，研究方向：并網(wǎng)逆變器控制。

韓偉楠（1989—），碩士，講師，研究方向：控制工程（通信作者）。