基于LCL滤波器的大功率三相并网逆变器的研究

摘要

可再生能源发电系统比如风力发电、光伏发电由于其可再生性和少污染性在近十年来得到了迅速发展。并网逆变器在可再生能源发电系统中起着交直流电能变换的关键作用,是可再生能源发电系统并网运行的核心设备。
　　传统的并网逆变器通过一个逆变桥和一个单L型滤波器与电网相连接,滤波器用来抑制变换器产生的高次谐波进入电网。在大功率应用场合，所用的滤波电感体积大，而且成本高。在总电感值相同时，LCL滤波器能获得比单 L滤波器更强的高次谐波抑制能力，相比单L型滤波器更适合被用在大功率并网逆变器中。但是LCL滤波器的控制策略更加复杂，由于LCL的谐振峰的存在，系统必须得到有效阻尼以避免系统可能存在的不稳定。
　　本文首先分析了LCL滤波器的各个参数对滤波性能的影响，推导了各参数与滤波器的定量关系式，并通过把电感电容的参数变换为以基波阻抗为基值的标幺值,简化了定量关系式，最后通过系统要求的滤波器性能，在定量关系式确定的限制区域内选取了一组最优的值。仿真结果和实验结果验证了该方法的有效性，变换器产生的高次谐波得到了有效地抑制。
　　本文推导了LCL滤波器在αβ坐标系和dq坐标下的模型,并在αβ坐标系下实现了LCL滤波器的闭环控制,控制系统采用了基于电容电流内环和电网电流外环的双环控制方案,内环为单P控制器,外环为PR控制器，PWM调制部分采用了空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略。在分析了PR控制器的特性并对比了PI控制器和PR控制器的特性之后，设计了PR控制器和内环P控制器参数,实验结果证明了电流双闭环系统的稳定性和相对于并网电流单环控制的优越性，以及电容电流内环对系统谐振峰的有效阻尼。在闭环系统的基础上，本文加入了基于谐振控制器的谐波补偿器,仿真结果显示了谐波补偿器的有效性。
　　最后，本文也分析了控制器参数变化对电网谐波阻抗的影响，并通过改变控制器参数，对比了不同参数下的并网电流谐波含量，实验结果验证了电网谐波阻抗在不同控制器参数下的变化趋势。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 引言

1.2 并网逆变器的研究现状

1.3 本文的选题依据和主要研究内容

2 LCL滤波器的设计和数学模型

2.1 LCL滤波器的原理和基本结构

2.2 LCL滤波器的特性

2.3 LCL滤波器参数的设计

2.4 LCL滤波器的模型推导

2.5 本章小结

3 电压源型逆变器的空间矢量调制策略

3.1 PWM调制策略

3.2 空间矢量脉宽调制策略

3.3 本章小结

4 LCL滤波器的电流双闭环控制方案设计

4.1 基于两相??静止坐标系下的比例谐振(PR)控制器

4.2变换器侧电流控制与电网侧电流控制

4.3 阻尼方式

4.4 带电容电流内环的双闭环电流控制方案设计

4.5 采用谐振控制器实现的谐波补偿

4.6 本章小结

5 实验验证与分析

5.1 试验台架简介

5.2 实验验证结果

5.3 本章小结

6 全文总结及工作展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献