[发明专利]一种并网逆变器的无源LCL滤波器参数优化设计方法

说明书

一种并网逆变器的无源LCL滤波器参数优化设计方法，属于新能源并网逆变器发电技术领域，解决试凑法设计LCL滤波器参数不精确以及现有的基于粒子群算法的LCL滤波器参数未全面考虑LCL滤波器参数与系统性能之间存在的相互影响、相互制约的关系的问题；构建谐波衰减比模型、阻尼损耗模型以及利用双重傅里叶分析逆变器侧输出电压在开关频率、倍频及其边频带处的谐波含量，建立网侧电流THD模型，通过数学模型将LCL滤波器参数与系统性能之间的关联，在图像上直观地表现出来，性能之间在参数的选取上相互制约，分析图像且考虑多方面条件后，确定符合多方面条件的参数取值范围，再通过粒子群算法在得到符合衰减比、THD、阻尼损耗和成本四方面都最优的参数值。

技术领域

本发明属于新能源并网逆变器发电技术领域，涉及一种并网逆变器的无源LCL滤波器参数优化设计方法。

背景技术

化石燃料资源的不可再生性以及国家大力支持发展可再生能源促进了以风能、水能和光能为代表的新能源发电的快速发展，由此也对并网逆变器的要求也越来越高，逆变器因其自身的功率器件的开关特性，其向网侧输出的电压具有大量谐波，为了高品质的交流输出，需要在网侧串联滤波电路，常见的有L、LC和LCL滤波器三种类型，后者相比于前两者具有高效的高频谐波抑制特性，同时兼具体积小、成本低的特性，在新能源发电并网过程中被广泛应用。

LCL滤波器自身存在谐振问题，一般采用无源阻尼和有源阻尼去降低谐振频率时的谐振峰值，有源阻尼是通过算法增加或补偿传递函数项，但因系统延时的影响，会对系统的稳定性造成影响；无源阻尼只需电感或者电容上串联电阻，方法简单只需求出合适的阻尼值就能有效地抑制LCL自身产生的谐振峰值，考虑到阻尼损耗，因小功率逆变器所产生的阻尼损耗很小，采用无源阻尼滤除谐振的LCL滤波器在小功率逆变器中广泛应用。

LCL参数设计方法有多种，试凑法是传统设计的最常用的一种方法，一般是根据电流纹波、相关损耗大小等约束条件，计算得到参数的相应范围，经过反复试凑得到最适值；或者以单一目标对参数进行优化，例如以高频纹波衰减最大化为目标，忽略了整体性能的提升；又或者采用智能算法对多方面的目标进行优化去设计；以上这些LCL滤波器参数设计方案大多都未对其背后的参数与系统性能之间的具体联系做过说明，或者只说明了一部分，并且在参数的选取范围上只是采用了过去的经验方法确定其大致范围，在对其求解最优解时存在一定的误差，同时也让我们对了解参数与系统性能之间的内在联系并没有太大的帮助。

现有技术中，公开日期为2020年10月20日的文献《基于粒子群的三电平并网逆变器LCL滤波参数的高效精确设计方法》(蔡雨希，中国电机工程学报，西安交通大学电气工程学院)以层叠载波调制的三电平并网逆变器为研究对象，首先，通过二重傅里叶级数对逆变器输出电压谐波进行详细分析，构建包含入网电流高频谐波畸变率和价值函数等在内的多目标优化函数；其次，提出一种基于筛选法和粒子群算法的LCL参数设计方法；最后，通过仿真和实验验证谐波分析和LCL参数设计方法的有效性。申请公布日为2020年2月21日、申请公布号为CN110829485A的中国发明专利申请《基于粒子群算法的LCL滤波器参数及控制参数全局优化设计方法、系统及介质》通过确定LCL滤波器参数与控制参数综合设计的LCL滤波器控制系统模型；综合考虑LCL滤波器的滤波器参数和控制参数确定LCL滤波器控制系统模型的优化目标以及约束条件；初始化LCL滤波器控制系统模型的滤波器参数和控制参数的取值边界范围或取值；根据LCL滤波器控制系统模型的优化目标确定粒子群算法评价粒子的适应度函数；根据适应度函数利用粒子群算法对LCL滤波器控制系统模型的滤波器参数和控制参数进行优化设计，获得LCL滤波器控制系统模型的滤波器参数和控制参数的最优设计方案。

但是上述文献并没有深究LCL滤波器参数与系统性能之间的联系，没有考虑到LCL滤波器各个参数与系统性能之间存在的相互影响、相互制约的关系，在LCL滤波器参数的选取上不仅要考虑高频谐波衰减程度的影响，还要考虑阻尼损耗、滤波器成本等其他方面的制约。

发明内容