LCL滤波三电平并网逆变器有源阻尼控制

摘要：针对LCL滤波器在三电平光伏并网逆变器应用中的谐振和相位偏差问题，研究了基于电压定向的虚拟电阻有源阻尼控制策略，提出通过反馈电容支路电流消除并网电流与电网电压相位差的相位补偿方法。实验结果表明，该控制策略不仅能有效抑制电流谐振，而且能保证三电平并网逆变器在单位功率因数状态运行。
关键词：逆变器；三电平；有源阻尼；相位补偿

1 引言
随着能源枯竭和环境污染问题的曰益严峻，各国对绿色能源的渴求越来越紧迫，使得光伏并网系统得到了空前发展。并网逆变器作为连接电池板与电网的核心设备，不仅要完成直流到交流的电能转换，而且要满足各电网公司对并网电能质量提出的要求，其中对电流谐波分量及总谐波畸变率的规定相对严苛。然而，并网逆变器通常采用高频PWM的电流源控制，会导致并网电流中含有高次谐波。由于LCL滤波器较L滤波器对高频谐波有更好的衰减特性，因此在光伏并网系统中得到广泛应用。

2 原理与设计
2．1 LCL滤波三电平并网逆变器
图1为基于LCL滤波的二极管箝位型三电平并网逆变器拓扑结构。由于在桥臂相电压中含有3个电平，故可输出比传统两电平拓扑更平滑的线电压波形，从而在相同滤波电感量下可得到谐波含量更小的并网电流。在三电平并网逆变器拓扑中，逆变桥通过LCL滤波器连接到电网，使高频谐波分量衰减更快，进一步改善并网电流质量。

2．2 LCL滤波器有源阻尼控制
根据理论分析，可得网侧电流与逆变器桥臂电压函数关系的波特图见图2。LCL滤波器参数：Ls=1．5 mH，Lt=2 mH，C=25μF；L滤波器参数：L=3．5 mH。可见，LCL滤波器较L滤波器有更好的高频衰减特性，但却存在谐振问题，会使谐振点附近谐波含量增加，严重时将造成系统不稳定。