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一种光伏并网逆变器中LCL滤波器的优化控制方法综述

作者：梁华银

来源：《科学与信息化》2018年第25期

摘 要 针对在LCL并网系统中并网电流反馈模式的选取问题，通过分析LCL滤波系统各电压电流的矢量关系，得出逆变器侧电流反馈模式的存在偏差的原因，进而通过二端口原理对偏差进行校正，推导出电网侧电流反馈模式的修正反馈电流，消除了并网电流偏差，保留了便于控制、稳定性好的优点。

关键词 LCL；并网逆变器；反馈 前言

当今中国大力推行新能源与能源替代，光伏、风电等新兴可再生能源成了关注重点，相关技术也飞速发展。并网逆变器在新能源并网系统中扮演着至关重要的角色[1]。其中比例谐振补偿技术和LCL滤波技术在光伏并网逆系中有着性能好且损耗小的有点，引起了众多学者与工程人员的关注并得到了广泛应用，但LCL滤波技术存在高阶系统谐振问题，且不同的并网电流反馈模式对并网系统的影响不同，针对并网电流反馈模式众多学者做了大量的研究，并提出了不同的观点。

单电流回路反馈变量选取一般有两种：逆变器侧电流控制回路反馈变量与网侧电流回路反馈变量。文献[2]中采用了单逆变器侧电流反馈策略，这种电流反馈模式简单有效，但是不能最直接的反应并网电流文献。文献[3]提出了一种多电流反馈控制策略，典型代表有逆变器侧电流加电网侧电流反馈模式以及电容电流加电网侧电流反馈模式，但此类模式反馈量较多稳定性不便于控制，动态响应速度慢。本文提出一种改进的逆变器侧电流反馈模式，通过加入修正算法，既有逆变器侧电流反馈模式的便于控制、稳定性好的优点，又能反映并网电流真实数据，提高并网功率因数。 1 LCL滤波系统适量关系分析

在LCL并网逆变系统中，功率变换桥路输出的电能通过网侧电感L2将注入电网，中间并联一个电容支路，如图1所示。由于电容支路的存在，逆变器侧电流闭环控制策略下系统实际注入电网的电流会与期望电流存在偏差，并且与滤波电容值之间呈正相关。在逆变器侧在电流闭环控制策略下，逆变器输出电流（I1）、逆变器输出电压（U）、滤波电容电压（Uc）、滤波电容电流（Ic）、逆变器侧滤波电感两端的电压（UL1）、电网侧电流（I2）、电网侧滤波电感两端的电压（UL2）、电网电压（Us）的空间矢量的关系，如图2所示。由图2可以得

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出，当系统电流控制回路选择为逆变器的输出电流作为反馈变量时，存在功率因数降低，同时电网电压超前并网电流的现象。因此，逆变器侧控制回路选用电流作为反馈变量。 2 优化的LCL滤波器电流反馈模式控制方法

从图2可分析出，由于电容并联支路的存在，并网电流变量和原有逆变器侧电流变量存在一定关系。结合二端口理论，通过分析电网一相中二者的关系，即可推广到三相电网对地系统，其中，单相中LCL滤波器二端口网络模型如图3所示。 根据二端口的理论可得出如下关系：

由式（1.1）可得逆变器输出电流与电网侧电流之间的关系： 结合网络参数，可得：

将上述变量变换到dq坐标系，可得：

式（2.4）的理论可用于修正LCL滤波电路对并网电流产生影响。以单位功率因数并网电流（网侧电流）作为输入信号，采用双闭环控制，进而修正电容支路带来的偏差。由式（2.4）可以得到逆变器修正后的输出电流

由式（2.5）可分析出基于修正电流偏差前馈变量的复合间接电流控制策略在dq坐标系的原理图。图中系统控制策略在改进了原有控制电路与控制结构，修正了LCL滤波电路对并网电流产生偏差，提升了系统的准确度和运算速度。 3 仿真验证

对上文中介绍的双闭环控制电路搭建Matlab/Simulink仿真模型，模型图如下所示： 直流侧电压为750V，分压电容C1=C2=0.012F，开关频率fs=10KZ，输出电压频率为f=50Hz，LCL滤波器参数分别为：，等效电感电阻，电容串联阻尼为电阻，电流开关频率为；电网电压为Us=400V，频率为f=50Hz，

结合上述模型，得出并网电流对最大功率的追踪情况，如下所示：

如图5所示，注入电网的有功功率对光照强度起到了较好的追踪效果。直流侧电压在750V上下波动较小，与最大功率波动同步，较为稳定，电压环控制效果较好，从而说明了控制方法的正确性与稳定性。证明了在双闭环控制系统中，电流环能够快速及时的响应。对比图7和图8可知，在加入修正方案后，双闭环控制的功率因数提高了3%，接近单位功率因数，从而验证了修正方法的有效性。

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4 结束语

本文针对LCL型并网逆变器的并网反馈电流模式进行分析，提出了一种修正方案，通过二端口原理对电网侧目标电流推导得出逆变器侧电流，控制结构上依然采用逆变器侧电流反馈模式，稳定性好，修正了电容支路引起的功率因数偏差，提高了并网逆变器的效率，最后通过MATLAB搭建仿真模型，对提出的方案进行了仿真，同一LCL滤波模块下并网功率因数提高了0.3%，验证了提出修正方案的有效性。 参考文献

[1] 蔡宣三.太阳能光伏发电发展现状与趋势[J].电力电子，2007，（2）： 3-6.

[2] 胡雪峰，韦徵，陈轶涵，等.LCL滤波并网逆变器的控制策略[J].中国电机工程学报，2012，（27）：142-148，194.

[3] Xianwen Bao，Fang Zhuo，Yuan Tian，and Peixuan Tan.Simplified Feedback Linearization Control of Three-Phase Photovoltaic Inverter With an LCL Filter[J]. Power Electronics，2013，（6）：2739-2752.