基于LCL型濾波器的光伏并網逆變器的設計方案

近年來，新能源發電迅速崛起，光伏和風電并網成為一個緊要的研究方向，作為并網核心器件的逆變器成為電力電子范疇研究的一個新的熱點。

為了抑制逆變環節中高頻功率開關萌生的高頻諧波，并網系統引入LCL型濾波器，可以消除注入電網的高次諧波成分，但是它有不足之處，為三階系統，容易萌生諧振尖峰，引起振蕩，甚至會影響整個系統的穩定性，所以非得改善對系統的控制策略，對其諧振問題進行有效的抑制，提高光伏并網的電能質量。

目前，國內外學者對LCL型濾波器提出了很多種控制策略，主要可以分為三種類型：基于電流的控制策略、基于虛擬同步電機控制策略和基于筆直功率控制策略(DpC)。本文主要通過在對基于筆直功率控制策略(DpC)原理研究分解的基礎上，優化控制策略，提出改進的準DpC控制策略，既保留了LCL型濾波器在高頻波段內使諧波能快速削減的能力的優勢，又能從根本上處理諧振問題。

2筆直功率控制策略

相對基于電流和虛擬同步電機控制策略，筆直功率控制具有更高的功率因數，更低的THD(總諧波畸變率)，以及優良的動態性能和結構簡單等眾多優勢，從1991年TokuoOnhishi提出將筆直功率控制使用于對變流器的控制以來，逆變器的筆直功率控制受到了國內外的學者的廣泛關注。

筆直功率控制一般采用都是開關矢量表查詢法(L-DpC)，開關矢量表是系統控制的核心，所以研究開關矢量表是研究筆直功率控制的一個緊要的方向。有些學者對此也提出了不同空間劃分和優化開關表設計辦法，這種對開關表的改進大大提高了筆直功率控制的系統動態性能。然而，L-DpC開關頻率不固定，不利于輸出濾波器的設計。

為處理前面說的問題，人們提出了恒頻筆直功率控制，基于恒頻筆直功率控制的幾種辦法，不但兼顧了功率調節的動態性，又固定了開關頻率，不過這樣無法實現對并網電流的筆直控制。后來又有人提出了基于虛擬磁鏈和有源阻尼控制的筆直功率控制辦法，但是兩種控制算法比較難以實現，控制起來比較復雜。

3基于準DpC光伏并網逆變器的控制策略

為此本文提出了一種基于準筆直功率控制(DpC)的光伏并網逆變器的控制策略，內環用電流環進行控制，對并網的電流進行筆直的控制，功率環作為外環，筆直控制并網逆變器的輸出功率，這樣系統的控制性能既有了基于電流控制的優勢，又有了基于筆直功率控制的優良性能。控制系統包括對直流母線的控制環節、有源功率阻尼環節、對功率進行控制的環節以及電流的控制環節等。

其系統的結構如圖1所示。

依據瞬時功率的理論計算逆變器并網側瞬時有功功率和無功功率，光伏并網逆變器網側復功率可定義為：

上式中us和is分別是電網電壓和并網電流的空間矢量，usα﹑usβ﹑isα﹑isβ分別為坐標系下的電網電壓和電流的分量。

將上面的瞬時有功功率p和q無功功率，和設定的功率的參考值p*和q*進行比較，并且減去有源阻尼功pd和qd,從而得到功率的誤差，然后將誤差信號送給模糊功率控制器進行分解調節，然后得到并網電流的參考信號，同時和實際測試的并網電流信號比較，經過重復pR電流控制器的調節和變換，利用SpWM調制技術，控制逆變器的功率開關管的開斷。其中系統的有功功率參考值p*,是由直流側的電壓經過pI調節的控制的輸出和直流母線的電壓相乘得到的，為了實現并網側單位功率因數的運行，所以設置無功功率參考值q*為0.

3.1功率的控制器設計

因為光伏發電系統輸出的功率隨光照、溫度等條件不斷變化，所以功率控制器采用常規的控制很難達到理想的控制效果，就提出一種基于模糊的功率環控制策略。模糊控制器是運用模糊推理機制在線對控制器參數進行整定和優化﹑控制。

3.2電流的控制器設計

電流的控制器的外環是用重復pR控制進行，重復控制來控制并網系統的電流，而pR控制的作用是加強在第一個周期內對并網的電流的控制能力，提高系統重復控制的穩定性和動態性能。

重復pR控制對于系統諧波抑制特性的改善效果基本不受參數的影響，只要把重復控制的補償函數設計得合理，便可以獲得比較好的諧波抑制特性。

4準DpC控制策略系統的Matlab\Simulink仿真驗證分解

仿真的結果以及分解如圖2、圖3所示：

由上面的仿真結果可以看出，系統具有較快的動態應和，并網的電流在第一個周期內就可以得到穩定的控制，當系統穩定之后，并網的各相相電流的正弦波形很良好，而且并網電流的總諧波的畸變率也滿足并網要求，電流的頻譜分布也比較的聚集。

A相并網電流和電壓的關系如圖4所示：

由圖4可以看出，并網電流與相應的電網電壓同頻、同相位，實現了光伏逆變器單位功率因數并網運行。

5結語

本文在分解基于筆直功率控制策略的原理的基礎上，提出了一種基于LCL型濾波器的光伏并網逆變器的設計方案，該方案中所設計的控制系統外環功率環采用模糊控制策略，內環電流環釆用重復控制策略，該控制辦法可以兼顧電流控制和筆直功率控制的優勢，既保證了并網電流波形的正弦度又提高了系統的動態性能。通過仿真探測聲明該逆變器對LCL型濾波器的諧振問題進行有效抑制并且提高對光伏并網電壓電流的控制能力。

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