低谐波LCL滤波器的光伏并网逆变器的研究

近年来,随着能源短缺与环境污染的加剧,发展清洁能源成了当今能源研究的热点。太阳能因为其用之不尽、取之不竭和无污染的特点受到了广泛关注。光伏发电也成了电力行业的一大热门课题。光伏并网发电系统是未来太阳能发电的主要形式。在光伏并网发电系统中,逆变环节是系统的重要组成部分。本文主要针对这个部分展开研究,主要研究内容如下： 首先,介绍了光伏发电系统的几种基本结构,重点分析了光伏发电系统的核心部件—并网逆变器的结构、分类等。从中选取三相全桥逆变电路作为光伏并网逆变器。为获得高质量的并网电流,在三相全桥逆变器后端加上LCL滤波器作为后级滤波环节。LCL滤波器的滤波性能良好,但存在谐振问题,故参数的设计对系统稳定性的保持显得尤为重要。本文从等效总电感量、功率控制和谐振频率三个方面对滤波器的参数进行设计。LCL滤波器因其自身的优点,在大功率场合的应用越来越广泛,但其存在固有谐振点。为了解决这一问题,本文根据LCL滤波器的拓扑结构,分析其工作原理,从无源阻尼控制和有源阻尼控制两方面分析LCL型光伏并网逆变器的控制方案。通过采用不同位置的电流作为系统控制的反馈量,分析不同反馈量对系统稳定性的影响,本文提出一种新的并网逆变器控制策略——并网电流外环、电容电流内环的双闭环控制。建立其三相静止坐标系下的数学模型,求得其在两相旋转坐标系下的模型,通过解耦,实现d、q轴电流独立控制,实现电流双闭环控制,并采用SVPWM方式进行调制。 然后在MATLAB/Simulink环境中搭建系统仿真模型,对LCL滤波器参数和控制策略的选取进行验证。仿真结果表明,基于并网电流外环、电容电流内环的双闭环控制能实现高功率因数跟踪电网,且系统能保持稳定,并且LCL滤波器能有效滤除电流高次谐波,提高并网电流质量,具有较大的理论和实践意义。最后对系统的硬件部分进行了设计,包括主电路设计、采样电路设计、保护电路设计及驱动电路设计。