[实用新型]基于单电流环控制的LLCL滤波并网逆变器

说明书

技术领域

本实用新型属于电网变换器的控制技术领域，尤其涉及一种基于单电流环控制的LLCL滤波并网逆变器。

背景技术

电压源型并网逆变器具有输出电流谐波含量低、功率因数调节以及能量双向流动的优点，体积小且重量轻，因此在有源滤波、电力传动以及太阳能等可再生能源的并网发电系统等领域得到了广泛的应用。

并网逆变器一般采用高频PWM调制技术，可能导致大量的高次谐波电流注入电网，会对电网电压造成污染，甚至严重影响电气设备的运行和工作，并网电流必须经过滤波装置才能符合并网标准，因此，并网逆变器交流侧输出滤波器的选择与设计尤为重要。进网滤波器结构主要有L、LC、LCL和LLCL四种形式，单电感L型滤波器结构简单，但是其对高频谐波衰减特性不够理想，需要较大的电感量或者需要采用较高的开关频率才能获取较为良好的电流衰减效果，在大中功率的并网逆变器中，一般采用LC型滤波器或带阻尼电阻的LCL型滤波器；而备受关注的LLCL滤波器在实际应用中比较少见。

LLCL滤波器通过在传统LCL滤波器的滤波电容支路中串联一个电感值较小的电感，和滤波电容组成一个串联谐振支路，其串联谐振频率设置在开关频率处，相比于LCL滤波器更能够对开关频率处的电流谐波进行衰减。但是由于滤波器属于三阶系统，存在谐振峰值，在谐振电流的激发下，容易导致变流器控制的不稳定，因此需要采取一定的谐振抑制措施。

目前解决上述问题的方法主要有：（1）被动阻尼法，即在LLCL滤波器的串联谐振支路上串联阻尼电阻对谐振起到衰减作用；（2）主动阻尼法，即通过控制算法的改进来消除谐振，在电流控制环中通过零极点配置对谐振的极点进行消除。前者不需要增加额外的控制算法，实现简单，但是串联阻尼电阻需要消耗较大的有功功率，给系统的散热设计带来一定的挑战，尤其是大功率应用场合，往往需要为阻尼电阻增加专门的冷却装置，此外，阻尼电阻设计过大则损耗较大而降低了发电效率，阻尼电阻偏小则在弱电网接入时会因电网电感较大而导致阻尼效果被削减。后者需要额外增加电压传感器或者电流传感器或者额外的复杂控制算法，增加了系统的硬件电路成本。

实用新型内容

针对现有LCL滤波并网逆变器电流控制时存在的系统稳定性、稳态误差和谐波失真等问题，本实用新型将LLCL滤波器的串联谐振支路的电容和/或电感分别按电容容量比值和/或电感感抗比值分成并联的2个电容和/或电感，并提出了一种基于单电流环控制的LLCL滤波并网逆变器。

本实用新型的基本思想为：

由于谐振的最主要特点是电容电流的急剧增加，所以以电容电流为附加反馈量的虚拟电阻法在主动阻尼中最为常见。若采用单电流环控制将LLCL滤波器的电容和/或电感按特定比例分成并联的前后2个电容和/或电感，通过测量前后2电容或电感的中间电流作为反馈信号控制逆变器输出，通过零极点配置使受控系统从三阶系统降为一阶系统，即可简化控制算法，改善控制性能。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种基于单电流环控制的LLCL滤波并网逆变器，包括相互连接的并网逆变器和LLCL滤波器，LLCL滤波器包括与并网逆变器输出端相连的并网逆变器侧电抗器L₁、与三相电网电源相连的电网侧电抗器L₂和串联谐振支路，并网逆变器侧电抗器L₁和电网侧电抗器L₂顺序串联连接，串联谐振支路连接于并网逆变器侧电抗器L₁和电网侧电抗器L₂的串联节点上；所述的串联谐振支路由电容C_f1、C_f2并联后与电感L_f串联构成，其中，C_f1/C_f2=L₂/L₁。