[发明专利]一种并网逆变器的串联型有源滤波器及系统

说明书

本发明公开了一种并网逆变器的串联型有源滤波器及系统，属于电力滤波器技术领域。串联型有源滤波器包括变压器、电压源逆变器单元、电流检测单元、基波检测单元、第一放大器、第二放大器、PWM驱动信号生成单元。串联型有源滤波器应用于多个三相并网逆变器的并联并网系统中时，每个并网逆变器的每一相单独使用一套并网逆变器的串联型有源滤波器。本发明根据电路叠加原理对基波和谐波进行分别设计，提高并网逆变器的滤波性能，避免繁琐的滤波器参数设计和频率谐振问题，进一步减小并网谐波污染和功率损耗，保证并网逆变器系统的稳定性，并取得良好的滤波效果。

技术领域

本发明属于电力滤波器技术领域，更具体地，涉及一种并网逆变器的串联型有源滤波器及系统。

背景技术

在常规的石油、煤和天然气等化石能源日益匮乏的情况下，能源与环境问题日益突出。近十年来，风力以及光伏等可再生新能源发展迅速，分布式发电系统并网发电获得了广泛的关注，呈现出蓬勃发展的趋势。随着分布式发电系统渗透率的不断提高，单一逆变器的容量已难以满足并网规模的需求，而多个逆变器并联共同组成的并网发电系统，成为分布式发电大规模应用的标志。并网逆变器作为可再生能源发电接入电网的关键设备，广泛应用于分布式并网发电系统、交流微网中的并网型接口及直流微网中的直流母线与电网的接口等领域，其性能好坏直接影响到整个并网发电系统。因此并网逆变器的拓扑结构、滤波器以及控制方式已成为目前各国学者研究的重点。

光伏发电、燃料电池等发出的是直流电，必须逆变成符合电网要求的交流电才能实现并网。然而并网逆变器一般采用高频PWM脉宽调制，会导致大量的开关频率次谐波电流进入电网，这样会对电网中其他EMI敏感设备产生干扰，必须在电网与逆变器之间加装滤波器。早期在小功率逆变并网发电系统中，逆变器采用结构简单的L和LC滤波器改善入网电流的质量，并已经有了较为成熟的研究成果。但在中高功率应用场合，需要增加滤波电感值才能达到理想的谐波电流抑制效果，这不仅降低了系统的动态性能，还带来元件体积过大、成本过高等一系列问题。

针对L滤波器的不足，许多学者提出用LCL滤波器代替L滤波器进行滤波。相比于L型滤波器，在达到相同的高频谐波抑制效果时，LCL型滤波器所需的总电感量比L型滤波器小得多，可以很好地抑制开关频率谐波、降低滤波器体积重量，因此被越来越多地应用于中高功率的并网逆变器设备。然而，LCL滤波器本身是一个欠阻尼三阶系统，设计时不仅需要准确设计三个参数，包括两个电感值和一个电容值，各个参数对其滤波性能均有着重要的影响，导致其设计较为复杂。而且LCL滤波器本身存在固有的频率谐振点，不可避免地为系统带来了谐振问题。

对于配置LCL滤波器的逆变器，由于滤波器参数的大小直接影响着系统整体性能，因此，在进行LCL参数设计时通常会考虑以下要求：

(1)总电感量的限制。额定条件下的阻抗压降需小于电网电压的10％。

(2)对滤波器电容的限制。过大的滤波电容，将产生大量的无功损耗，降低了逆变器的整体功率处理能力。

(3)谐振频率的设计限制。为了避免谐振频率成为逆变器电流控制器设计的制约因素，一般要求设计的LCL滤波器的谐振频率在10倍基频和0.5倍开关频率之间。

(4)采用无源阻尼电阻方案时，对阻尼电阻R_d的限制。当R_d越大时，谐振峰值降低得越明显，但滤波器的损耗也随之增大，同时滤波器对高频谐波的滤波性能也将降低，工程中对阻尼电阻一般取为谐振频率处电容阻抗的1/3。

如上所述，LCL滤波器的参数设计受到诸多的限制。纵观已有文献，LCL滤波器及其改进型具有较好的应用前景，但是其参数优化设计仍较为困难。