单相LCL型并网逆变器设计

姚爱芬　陈剑美　姜丽媛等

关键词：单相并网逆变器；LCL滤波器；无源阻尼法

中图法分类号：TM464 文献标识码：A

1引言

在人类可应用的众多可再生能源中，由于太阳能、风能具有异于常规能源的优越特点，因而成为世界上重点研究的能源之一。目前，人类对太阳能、风能等新能源已经研究出多种出色的能源利用方法，其中使用最多、效果最好的当属并网发电技术。在光伏发电并网中，其核心技术和关键就是并网逆变器的设计，其拓扑结构和控制算法直接影响并网电能质量。并网逆变器的主要问题是确保良好的电能质量，保证其输出的电压、电流能够与电网电压、电流在频率与相位上同步，同时提高逆变效率，满足安全、稳定、可靠的要求。然而，并网逆变器最重要的是控制设计，不同的控制设计会改变并网逆变器控制性能以至于影响整个并网逆变器性能。因此，较好的并网逆变器控制器对并网逆变器系统极为重要。

2滤波器参数设计

在并网逆变器中，除了要求并网逆变器的輸出必须与电网在频率、相位上同步，还要对输出电流的质量有所要求，即要求并网电流THD<5%，故输出电流的谐波含量不能太高，否则会对整个电网产生影响，造成“污染”。所以，这就需要在系统中加入滤波器。滤波器对并网电流起着滤波作用，即滤除高频谐波，并抑制电网电流的波动，对于并网逆变器来说至关重要。常见滤波器有L型滤波器、LC型滤波器和LCL型滤波器。L型滤波器滤波性能一般；LC型滤波器滤波性能很好，但相较于L型滤波器，其无功损耗较大，又由于其独特的特点，更适合于电压源型逆变器。为了得到更好的并网电流，必须对并网时的谐振峰值进行抑制，因此，若要利用LCL滤波器出色的高频谐波抑制能力，必须设法对其谐振峰以及相位突变进行抑制，这就要加入所谓的LCL滤波器的阻尼控制。

分析图1所示波形图可以得到，并网电流峰值约为199 A，并网电压峰值为311V，并且同频同相位，可以实现并网，验证了所设计方案的正确性。同时，波形稳定，证明系统具有较好的稳态特性。

对并网电流进行傅里叶分析得到如图2所示THD分析图，由分析结果得到并网电流的谐波含量为1.06%，满足并网电流THD<5％的要求。

给系统突变负载，得到如图3所示波形变化。分析得到系统在0.035 s时负载发生突变，在0.037 s时系统在半载下稳定运行。可以得到系统具有很好的抗扰性能和良好的动稳态特性。

5结束语

本文采用并网控制策略所设计的单相并网逆变器可以使并网电流和并网电压同频同相，实现了并网：并网电流THD<5％，证明系统具有很好的谐波抑制能力，可以输出波形较好的正弦电流；通过输入突加扰动的输入信号，可以分析得出系统具有良好的动稳态特性，以上结果都证明了本文设计的可行性。

作者简介：

姚爱芬（1988—），硕士，讲师，研究方向：电力电子技术与光伏并网技术。

陈剑美（1988—），硕士，讲师，研究方向：信号处理、算法以及电子、通信与自动化控制技术。

姜丽媛（1988—），硕士，副教授，研究方向：电力电子与电力传动。

陈鹏（1990—），硕士，讲师，研究方向：并网逆变器控制。

韩伟楠（1989—），硕士，讲师，研究方向：控制工程（通信作者）。