[发明专利]并网逆变器LCL滤波器改进型参数设计方法

说明书

本发明公开了一种并网逆变器LCL滤波器改进型参数设计方法。该发明以基于系统延时系数的稳定域作为谐振频率的选择依据，限制LCL谐振频率在单个稳定域之内，保证了弱电网阻抗大范围变动时系统的稳定性，再利用几何平均值，选择LCL谐振频率初值，以及利用稳定裕度，确定LC谐振频率值；最后避开重要谐波得到子稳定域族，作为LCL谐振频率终值的选择依据，弱化了系统对电网谐波的敏感性，增强了鲁棒性；最后根据桥臂侧电流最大纹波要求求出桥臂侧电感值，以及两个谐振频率得到电容和网侧电感值。本发明综合考虑了弱电网和电网谐波对滤波器参数设计的影响，省略了繁琐的反复试凑步骤，计算方法简单直观。

技术领域

本发明涉及一种并网逆变器LCL滤波器参数设计方法，尤其是一种并网逆变器LCL滤波器改进型参数设计方法。

背景技术

并网逆变器作为一种功率变换装置，在连接分布式电源与交流电网的过程中，发挥着十分重要的作用。为实现有功功率的传输，并网逆变器的控制要求基于电网电压进行定向，以产生交流电流的参考值，再通过闭环电流控制输出相应的有功或无功电流。通常，为保证微网电流质量和系统的稳定性达到工程要求，至少需要满足以下三个条件：一是电网与并网逆变器的控制为解耦关系，两者的参数互不影响；二是忽略数字控制系统的延时对控制系统稳定性的影响；三是电网视作理想电网，忽略谐振频率与电网低次谐波的交互作用。当并网逆变器并入强电网时，由于忽略了电网阻抗或变压器漏抗以及电网谐波的影响，电网波形不受逆变器微网电流的影响，电流环、前馈控制、锁相环等控制结构的参数可分别根据稳定性条件设计参数，几者具有良好的解耦关系。

然而随着可再生能源发电系统的渗透率逐渐增大，微网呈现的弱网性质日趋显著，其低次谐波成分也越来越多。当逆变器接入弱电网时，电网阻抗或变压器漏抗的存在破坏了公共耦合点(point of common coupling，PCC)的电网波形，并经电流环、锁相环与前馈控制后又被进一步放大，增强了几者之间的耦合关系；上述耦合作用使得系统的谐振特性发生变化，数字控制系统的相频特性也将产生变化，当控制系统的延时与逆变器的关键参数作用的时间常数相比不可忽略时，其相频特性对高频稳定性的影响无法忽略，从而引起稳定性条件的变化；此外，大容量逆变器的应用降低了开关频率，微网谐波成分的影响将无法忽略，其在调制作用下交互产生的边带谐波将会侵入低频段，引起谐振频率与谐波新的交互作用。以上问题的出现破坏了之前所述的三个条件，进一步恶化了系统的稳定性和电能质量，给可再生能源高渗透率并网可靠运行带来了新的挑战，也给微网逆变器的稳定运行提出了更高的要求。

为此不仅需要进一步改善并网逆变器的控制性能，也要对并网逆变器的LCL滤波器参数进一步优化，以满足弱电网下的稳定性运行和微网电能质量的相关要求。针对并网逆变器的LCL滤波器参数设计问题，国内外的专家学者们提出了一些方法，主要有：

题为“Generalized LCL-Filter Design Algorithm for Grid-ConnectedVoltage-Source Inverter”，S.Jayalath and M.Hanif，《IEEE Transactions onIndustrial Electronics》2017.64(3),1905-1915(“电压源型并网逆变器的LCL参数通用算法”，《IEEE工业电子技术专辑》，2017年第64卷第3期1905～1915页)的文章。该文针对不同的PWM更新模式、阻尼方法和逆变器控制方式，讨论了采样频率与谐振频率比值，以及网侧电感与桥臂侧电感的比值，在满足电流纹波衰减的同时，具有较好的稳定性，是一种通用的LCL参数设计方法。然而没有考虑并网逆变器的内外部条件变化对LCL参数设计的影响。