并网逆变器的LCL滤波器优化及控制策略研究

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随着能源危机的加剧和环境的恶化,世界各国越来越重视光伏产业的发展,光伏并网发电作为新能源的一种利用方式,有效地缓解能源危机和环境污染。光伏并网逆变器作为光伏并网系统的组件之一,其谐波、控制策略、逆变器的体积及损耗问题受到越来越广泛的关注。  本文主要研究了光伏并网逆变器的LCL滤波器及其控制策略,并在实验样机上进行了实现,有效地解决了光伏并网逆变器的谐波抑制及稳定性问题。首先,本文对基于LCL滤波器与L滤波器的光伏并网逆变器建模,详细分析比较了LCL滤波器与L滤波器的优缺点,利用LCL滤波器良好滤波性能有效减小逆变器的输出谐波的特点,针对LCL滤波器参数的选择,从LCL滤波器参数对输出特性、谐振频率、电流衰减率的影响入手,结合光伏并网逆变器正常运行的限制条件,详细分析设计了能够有效抑制谐波的LCL滤波器的最优参数。然后,在d-q坐标系下对系统进行解耦,在解耦的基础上,详细分析了采样不同电流位置作为电流反馈时对系统性能的影响,着重研究了采样电网侧电流作为电流内环的反馈方式,该方法能够获得单位功率因数及保证系统稳定运行的控制策略。随后,针对谐振频率处过大的谐振峰值可能导致系统振荡的问题,简要阐述了有源阻尼法与无源阻尼法的优缺点,提出增加延时环节的有源阻尼法,同时,针对传统的无源阻尼法进行改善,减小阻尼电阻的有功损耗、增大系统阻尼。最后,基于上述理论分析,设计了一台3kW的实验样机进行验证。通过仿真和实验验证采用本文LCL滤波器的设计方法能够获得最优的LCL滤波器参数,且能够有效抑制谐波,同时,在解耦基础上采用所设计的控制策略能够保证系统的可靠稳定运行,改进的无源阻尼法不仅能有效的减小谐振峰值,还可明显的减小有功损耗。  另外,本文针对隔离型基于LCL滤波的光伏并网逆变器提出了磁集成的优化方案,将变压器与LCL滤波器电感进行集成的从而减小系统磁性元件的体积和损耗,通过理论分析,详细分析磁集成的变压器绕组的绕制方式及漏感的计算。
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