并网逆变器的LCL滤波器优化及控制策略研究

摘要

随着能源危机的加剧和环境的恶化，世界各国越来越重视光伏产业的发展，光伏并网发电作为新能源的一种利用方式，有效地缓解能源危机和环境污染。光伏并网逆变器作为光伏并网系统的组件之一，其谐波、控制策略、逆变器的体积及损耗问题受到越来越广泛的关注。
　　本文主要研究了光伏并网逆变器的LCL滤波器及其控制策略，并在实验样机上进行了实现，有效地解决了光伏并网逆变器的谐波抑制及稳定性问题。首先，本文对基于LCL滤波器与L滤波器的光伏并网逆变器建模，详细分析比较了LCL滤波器与L滤波器的优缺点，利用LCL滤波器良好滤波性能有效减小逆变器的输出谐波的特点，针对LCL滤波器参数的选择，从LCL滤波器参数对输出特性、谐振频率、电流衰减率的影响入手，结合光伏并网逆变器正常运行的限制条件，详细分析设计了能够有效抑制谐波的LCL滤波器的最优参数。然后，在d-q坐标系下对系统进行解耦，在解耦的基础上，详细分析了采样不同电流位置作为电流反馈时对系统性能的影响，着重研究了采样电网侧电流作为电流内环的反馈方式，该方法能够获得单位功率因数及保证系统稳定运行的控制策略。随后，针对谐振频率处过大的谐振峰值可能导致系统振荡的问题，简要阐述了有源阻尼法与无源阻尼法的优缺点，提出增加延时环节的有源阻尼法，同时，针对传统的无源阻尼法进行改善，减小阻尼电阻的有功损耗、增大系统阻尼。最后，基于上述理论分析，设计了一台3kW的实验样机进行验证。通过仿真和实验验证采用本文LCL滤波器的设计方法能够获得最优的LCL滤波器参数，且能够有效抑制谐波，同时，在解耦基础上采用所设计的控制策略能够保证系统的可靠稳定运行，改进的无源阻尼法不仅能有效的减小谐振峰值，还可明显的减小有功损耗。
　　另外，本文针对隔离型基于LCL滤波的光伏并网逆变器提出了磁集成的优化方案，将变压器与LCL滤波器电感进行集成的从而减小系统磁性元件的体积和损耗，通过理论分析，详细分析磁集成的变压器绕组的绕制方式及漏感的计算。

目录

摘要

注释表

缩略词

第一章 绪论

1．1 光伏产业的发展现状

1．2 光伏发电系统

1．2．1 光伏发电系统组成

1．2．2 光伏并网逆变器分类

1．2．3 光伏并网逆变器关键技术

1．3 研究问题及意义

1．4 内容安排

第二章 光伏并网逆变器的滤波器

2．1 光伏并网逆变器的建模

2．1．1 滤波器的作用

2．1．2 基于LCL滤波器的光伏并网逆变器建模

2．1．3 基于L滤波器的光伏并网逆变器建模

2．1．4 比较两种不同滤波器的光伏并网逆变器优缺点

2．2 LCL滤波器参数分析

2．2．1 LCL滤波器参数对输出特性的影响

2．2．2 LCL滤波器参数对谐振频率的影响

2．2．3 LCL滤波器参数对电流衰减率的影响

2．3 三相并网逆变器正常运行条件

2．3．1 电感约束条件

2．3．2 电容约束条件

2．4 LCL滤波器设计

2．5 本章小结

第三章 光伏并网逆变器控制策略

3．1 光伏并网逆变器模型坐标变换及解耦

3．1．1 光伏并网逆变器模型坐标变换

3．1．2 光伏并网逆变器模型的解耦控制

3．2 不同电流采样位置性能分析

3．2．1 采样不同位置电流反馈

3．2．2 比较不同电流采样位置的稳态性能

3．3 改善系统稳定性

3．3．1 有源阻尼法

3．3．2 传统的无源阻尼法

3．3．3 改进的无源阻尼法

3．4 双闭环控制策略

3．4．1 电流内环控制参数

3．4．2 电压外环控制参数

3．5 本章小结

第四章 LCL滤波器与变压器的磁集成

4．1 隔离型基于LCL滤波器的光伏并网逆变器分析

4．2 LCL滤波与变压器的磁集成分析与设计

4．2．1 变压器与LCL滤波器的电感L2集成

4．2．2 变压器与LCL滤波器的电感L1、L2集成

4．3 本章小结

第五章 光伏并网逆变器的设计

5．1 主电路设计

5．2 驱动电路设计

5．3 采样、保护电路设计

5．4 控制电路设计

5．5 本章小结

第六章 实验仿真验证

6．1 仿真验证

6．2 实验验证

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 今后工作展望

参考文献

致谢

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