LCL濾波三電平并網逆變器有源阻尼控制

摘要：針對LCL濾波器在三電平光伏并網逆變器應用中的諧振和相位偏差問題，研究了基于電壓定向的虛擬電阻有源阻尼控制策略，提出通過反饋電容支路電流消除并網電流與電網電壓相位差的相位補償方法。實驗結果表明，該控制策略不僅能有效抑制電流諧振，而且能保證三電平并網逆變器在單位功率因數狀態運行。
關鍵詞：逆變器；三電平；有源阻尼；相位補償

1 引言
隨著能源枯竭和環境污染問題的曰益嚴峻，各國對綠色能源的渴求越來越緊迫，使得光伏并網系統得到了空前發展。并網逆變器作為連接電池板與電網的核心設備，不僅要完成直流到交流的電能轉換，而且要滿足各電網公司對并網電能質量提出的要求，其中對電流諧波分量及總諧波畸變率的規定相對嚴苛。然而，并網逆變器通常采用高頻PWM的電流源控制，會導致并網電流中含有高次諧波。由于LCL濾波器較L濾波器對高頻諧波有更好的衰減特性，因此在光伏并網系統中得到廣泛應用。

2 原理與設計
2．1 LCL濾波三電平并網逆變器
圖1為基于LCL濾波的二極管箝位型三電平并網逆變器拓撲結構。由于在橋臂相電壓中含有3個電平，故可輸出比傳統兩電平拓撲更平滑的線電壓波形，從而在相同濾波電感量下可得到諧波含量更小的并網電流。在三電平并網逆變器拓撲中，逆變橋通過LCL濾波器連接到電網，使高頻諧波分量衰減更快，進一步改善并網電流質量。

2．2 LCL濾波器有源阻尼控制
根據理論分析，可得網側電流與逆變器橋臂電壓函數關系的波特圖見圖2。LCL濾波器參數：Ls=1．5 mH，Lt=2 mH，C=25μF；L濾波器參數：L=3．5 mH。可見，LCL濾波器較L濾波器有更好的高頻衰減特性，但卻存在諧振問題，會使諧振點附近諧波含量增加，嚴重時將造成系統不穩定。