基于LCL滤波的三电平储能逆变器主电路设计及优化

摘要

在对新能源迫切需求的今天，基于新能源的分布式系统已经成为近年来的研究热点。储能逆变器作为一种可以使能量双向流动的电力电子装置，对改善电能质量，提高供电稳定性，提高新能源发电可用性和增加分布式电源的市场价值都有巨大的帮助。本文以T型三电平并网逆变器作为研究对象，分析了其主电路参数设计方法，重点研究了LCL滤波器参数的优化设计。
　　首先，本文对三电平逆变器的工作原理进行了分析，在其拓扑结构上建立了其在三相静止坐标系下的数学模型，结合工作原理和数学模型，对功率器件、直流母线电容和LCL滤波器的参数进行了设计，通过仿真对参数设计的效果进行了分析验证。
　　其次，介绍了三电平SVPWM调制算法和3MV调制算法的实现过程，通过傅里叶级数对逆变器的输出电压进行分析，得到了这两种调制算法下输出电压谐波的计算方法，通过仿真进行对比分析。
　　然后，对LCL滤波器的滤波特性进行分析，在得到逆变侧输出电压谐波的基础上，提出了一种以总电感最小为优化目标，并满足IEEE519并网电流谐波畸变率标准的LCL滤波器参数优化模型，结合优化模型的特点，设计了一种解决本文优化问题的最优参数搜索方法。
　　最后，对于LC-LCL滤波器，通过对其在不同频率下等效模型的分析，得到了其谐振支路电感、电容以及阻尼电阻的设计方法，使得在不增加搜索维度的条件下，将本文所设计的优化模型和最优化参数搜索算法应用于该滤波器的设计。
　　在两种调制算法下按照本文的设计方法分别对LCL滤波器以及LC-LCL滤波器进行参数设计，对所设计的滤波器的并网电流谐波进行仿真分析，本文的设计方法能够使得并网电流谐波畸变率非常好地满足并网电流谐波畸变率的标准，并针对仿真结果对这两种滤波器在SVPWM和3MV调制算法下的优缺点进行了分析。从设计结果来看，相比传统的LCL滤波器设计方法，本文的设计方法能够有效地减小滤波器总电感量，具有良好的实用价值。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要内容

第二章 T型三电平储能逆变器数学模型与参数设计

2.1 T型三电平储能逆变器工作原理

2.2 T型三电平储能逆变器数学模型

2.3 T型三电平储能逆变器主电路参数设计

2.4 本章小结

第三章 基于傅里叶变换的三电平电压谐波分析

3.1 三电平SVPWM调制算法

3.2 三电平3MV调制算法

3.3 逆变侧输出电压谐波分析

3.4 仿真验证

3.5 本章小结

第四章 基于电流谐波计算的LCL滤波器优化设计

4.1 LCL滤波器数学模型

4.2 LCL滤波器优化设计方法

4.3 LC-LCL滤波器优化设计方法

4.4 仿真验证

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

个人简历及攻读硕士期间的主要研究成果