LCL型并网逆变器优化控制策略

刘 洋，张运波，张 红

(长春工程学院电气与信息工程学院，吉林 长春 130012)

1 概述

滤波器通常被用于将并网逆变器与公用电网相连接，以过滤并网逆变器交流侧产生的谐波。LCL型滤波器的谐波衰减率可以达到-60 dB/dec左右，其性能远超过L型滤波器而倍受青睐。本文提出一种新型LCL型并网逆变器控制策略，旨在解决LCL型并网逆变器的高频谐振和稳定性问题。

2 LCL型并网逆变器控制策略的优化设计

LCL型三相并网逆变器的基本拓扑结构如图1所示。

图1 LCL型并网逆变器的基本拓扑结构

图1中并网逆变器直流侧电压为Udc，直流源电流为Idc，直流侧电容为C1，逆变器交流侧电压为USN(N=a，b，c)，逆变器交流输出侧电感为L1N(N=a，b，c)，滤波电容为CN(N=a，b，c)，CN的电压和电流分别为ucN(N=a，b，c)和icN(N=a，b，c)，交流电网侧滤波电感为L2N(N=a，b，c)，由上述拓扑结构可以推导出LCL 型滤波器拓扑结构的传递函数为：

(1)

由式(1)可计算出系统发生谐振时的角频率为：

(2)

本文提出一种基于逆变器直流侧电压环、滤波电容电流环和逆变器交流侧电流环的三闭环控制策略。该控制策略的系统结构图如图2所示。

图2 三闭环控制策略系统结构图

3 实验验证

上述逆变控制策略将在1台6 kW的并网逆变器样机上进行验证，主要参数如下：直流母线输入电压为400 V，电网侧交流电压为220 V，基波频率f0=50 Hz。LCL滤波器的参数：L1N=1.575 mH，CN=2.121μF，L2N=0.485 mH。选用Fluke 43B电能质量分析仪用于波形记录和功率分析。图3为采用本文三闭环策略得到的实验结果，如图所示并网逆变器样机半载时可提供3 kW(每相1.06 kW)的有功功率和1.2 kVar(每相390 Var)的无功功率输出，交流侧电流与电网电压同相，电网侧电流的THD值为3.3%，半载时功率因数为0.94，LCL滤波器有效地抑制了谐波的产生，满足系统设计的稳定性要求。

图3 并网逆变器半载时的实验结果

4 结语

针对分布式发电领域，需要简单、低成本、高性能的并网逆变器设计方案，本文以LCL型三相并网逆变器为研究对象，系统地分析了LCL型并网逆变器的动态特性和耦合机理，提出一种新颖的三闭环控制结构的优化控制策略，实验结果表明，该控制策略能够对并网逆变器的输出电流谐波有较好的抑制作用，输出谐波THD值和半载时功率因数都能够满足国家标准要求。