三相电压源并网逆变器谐波补偿技术研究

基于风能、太阳能等可再生能源的分布式发电技术是国家节能减排、能源可持续发展战略规划的重要组成部分。分布式发电系统一般通过电力电子装置实现功率变换及并网运行，并网逆变器作为电网与分布式系统的接口装置，起着至关重要的作用。IEEE Std.1547规定并网逆变器输出电流总畸变率低于5%，其主要目的是避免向电网注入的电流谐波在电网线路阻抗上产生谐波压降，从而导致用户终端电压产生畸变，影响设备正常工作。因此传统并网逆变器输出电流波形控制目标是低畸变正弦化。然而实际应用中，即使并网逆变器不向电网注入谐波，电网中的大量非线性负载仍然会导致电网电压畸变。为了解决该问题，本文尝试将谐波补偿功能集成在并网逆变器中，在逆变器并网发电的同时，实现谐波补偿的辅助功能。 本文首先建立了三相电压源型逆变器的数学模型，在此基础上从系统带宽角度对并网逆变器电流控制器参数进行设计，分析了并网同步锁相环的原理，建立了锁相环的线性化模型，分析了电压畸变对锁相环精度的影响，并针对并网逆变器输出带线性和非线性负载的情况进行了仿真研究，结果表明，在非线性负载情况下采用传统低畸变正弦化电流控制将导致公共耦合点电压和进网电流产生畸变，引起谐波污染。为了解决上述问题，本文将谐波补偿功能集成在并网逆变器控制中，分析了两种不同的谐波补偿方案，即负载电流检测补偿方案和公共耦合点电压检测补偿方案，并进行了仿真研究。结果表明，负载电流检测补偿方案可以实现较好的谐波补偿效果，但需额外的传感器对负载电流进行检测。公共耦合点电压检测的谐波补偿方案虽然无需额外传感器，但只能实现对谐波的部分补偿。最后探讨了一种改进的公共耦合点电压检测补偿方案，并进行了仿真验证。为了进一步验证上述方案，设计了以TMS320F2812DSP为核心控制单元的硬件电路，编写了系统软件程序，最后在实验平台上对方案进行了实验研究，结果表明，具有谐波补偿功能的并网逆变器控制方案不仅可以实现并网发电，还可以实现补偿谐波，提高电网电能质量。