500kW大功率光伏并网逆变器的LCL滤波电路设计.docx

500kW大功率光伏并网逆变器的LCL滤波电路设计【摘要】本文在对比逆变器输出侧L及LCL滤波器优劣的基础上，对500kW大功率光伏逆变器上的LCL滤波器参数选型做了详细分析最后，在所选参数基础上，基于D—Q分解法，对500kW光伏逆变器进行了并网仿真，实现了单位功率因素并网运行仿真证明了LCL滤波电路选型的正确性关键词】光伏并网逆变器；LCL滤波器；参数设计一、引言随着光伏太阳能电池板的工艺不断进步，太阳能并网发电逐渐成为热点大功率光伏并网逆变技术是太阳能光伏并网发电领域最核心技术之一而逆变器侧的滤波器参数选择是关系着其并网的性能优劣的关键点之一因此，设计参数合适的滤波电路及确定合适的滤波电路参数非常重要二、L及LCL滤波器效果对比并网逆变器滤波结构主要有L型及LCL型L型滤波器是一阶的，电流谐波幅值一直以-20dB/dec下降，LCL型滤波器是三阶的，在谐振频率之前，和L一样，电流谐波幅值以-20dB/dec下降，谐振频率之后，电流谐波幅值以-60dB/dec下降随着频率的增加，在高频阶段LCL能有效抑制谐波成分同时可以看到，如果想达到相同的滤波效果，LCL型滤波器总电感量是L型滤波器总电感量的1/3，极大的减小了滤波器的体积，节省了材料及成本。

三、500kW大功率光伏并网逆变器的LCL滤波电路参数设计1. 总电感的约束条件LCL滤波电路中，电容支路开路，总电感大小为L=L1+Lg，根据基尔霍夫电压定理有：根据图1，可以看出，A点表示逆变器输出电流与电网电压同向，逆变器向电网传输有功功率，功率因素为1根据图1，由余弦定理得出：2. 谐振点的约束条件LCL滤波电路发生谐振时，该次并网谐波谐波电流会显著增加根据谐振公式，可以知道并网电流发生谐振点频率为：3-4)在大功率光伏并网逆变器控制技术中，一般采用SVPWM调制方式该调制方式使得谐波电流在开关频率及开关频率倍数附近含量很大所以，谐振频率应避开开关频率倍数处工程中，一般将谐振点取在10倍基波频率和一半开关频率的范围之间，即：(3-5)3. 逆变器侧电感L1的计算在SVPWM调制情况下，设定电感电流纹波在每一个载波周期内不能超过峰值电流的20%，有：其中，Ts为载波周期，为纹波电流，4. 并网侧电感Lg的计算工程上，一般将逆变器侧电感值的1/6到1/4作为并网侧电感值，即Lg=(1/6〜1/4)5. 电容C的计算电容导致的无功功率必须小于逆变器总容量的5%，本次计算中选取逆变器额定容量的2%作为无功功率。

6. 计算电容侧电阻值Rd为了使大功率并网逆变器有更好的稳定性，采用控制方法较简单的无源电阻法来并网它将LCL滤波器电容侧串联入电阻Rd,减小谐振点的谐波电流Rd的引入导致系统损耗增加分析式(3-11)，可以看到，功率损耗随电阻的增大，先增大后减小，当时功率损耗出现的极大值因此无源电阻取值应该避免这些点考虑到谐波电流主要分布在开关频率及其倍数附近，即：时，逆变器有较大损耗综合考虑：此时，无源电阻功率损耗不大所以，基于500kW的光伏并网逆变器LCL滤波电路选取的参数如表1所示：7.验算谐振点将计算好的各值带入式（3-5）,检验电流谐振点，则fres=1493Hz满足系统要求四、仿真验证采用Matlab/Simulink搭建仿真模块，控制算法用S函数编写而成光伏电池板直流电压源采用Boost电路，通过电流闭环控制功率大小，模拟光伏电池板在不同光照下工作并网逆变器采用SVPWM7段式调制策略，实现单位功率因素的并网运行研究发现，为了实现逆变器单位功率因素并网运行，取逆变器侧的电流反馈，此时需要给Q轴给定电流做移相补偿，补偿的无功电流为：Boost电路中，直流侧电压500V,电感L=10mH,开关频率2.5kHz,支撑电容10mF。

三相并网逆变器LCL滤波器参数如表1所示，并网线电压270V五、结论仿真结果如图2〜图5所示，可以看到额定功率运行时，并网电流的谐波为1.38%当轻载运行时，因为调制度降低，SVPWM调制谐波电压含量增加，并网电流总谐波含量为9.29%对于输出功率随光照强度变化的光伏太阳能逆变器，仿真证明此LCL滤波器能达到很好滤波效果证明了LCL滤波器设计的正确性参考文献[1] 冯垛生，张淼，赵慧，等.太阳能发电技术与应用[M].人民邮电出版社，2009：8-11.[2] 张兴，曹仁贤.太阳能光伏并网发电及逆变控制[M].机械工业出版社，2011：68-71.[3] SoerenBaekhoejKjaer，JohnK.Pedersen，FredeBlaabjerg.AReviewofSingle-PhaseGrid-ConnectedInvertersforPhotovoltaicModules[J].IndustryApplications，IEEETransactionson.2005，41（5）.[4] 马琳.无变压器结构光伏并网逆变器拓扑及控制研究[D]•北京交通大学博士学位论文，2011.[5] 陈瑶，金新民，童亦斌.三相电压型PWM整流器网侧LCL滤波器[J].电工技术学报，2007，22（9）：117-118.[6] 宋静文.大功率光伏逆变器损耗模型的研究[D]•西南交通大学硕士学位论文，2013.宋静文（1987—），女，研究生，现就读于西南交通大学，研究方向：新能源发电控制。