基于LCL型滤波器的光伏并网逆变器的设计方案

本文提出了一种基于LCL型滤波器的光伏并网逆变器设计方案，该方案对光伏并网逆变器的直接转矩控制策略进行了分析研究，通过仿真测试表明该逆变器对LCL型滤波器的谐振问题进行有效抑制并且提高对光伏并网电压电流的控制能力。

1 引言

近年来，新能源发电迅速崛起，光伏和风电并网成为一个重要的研究方向，作为并网核心器件的逆变器成为电力电子领域研究的一个新的热点。

为了抑制逆变环节中高频功率开关产生的高频谐波，并网系统引入LCL型滤波器，可以消除注入电网的高次谐波成分，但是它有不足之处，为三阶系统，容易产生谐振尖峰，引起振荡，甚至会影响整个系统的稳定性，所以必须改善对系统的控制策略，对其谐振问题进行有效的抑制，提高光伏并网的电能质量。

目前，国内外学者对LCL型滤波器提出了很多种控制策略，主要可以分为三种类型：基于电流的控制策略、基于虚拟同步电机控制策略和基于直接功率控制策略(DPC)。本文主要通过在对基于直接功率控制策略(DPC)原理研究分析的基础上，优化控制策略，提出改进的准DPC控制策略，既保留了LCL型滤波器在高频波段内使谐波能快速削减的能力的优点，又能从根本上解决谐振问题。

2 直接功率控制策略

相对基于电流和虚拟同步电机控制策略，直接功率控制具有更高的功率因数，更低的THD(总谐波畸变率)，以及优良的动态性能和结构简单等众多优点，从1991年Tokuo Onhishi提出将直接功率控制应用于对变流器的控制以来，逆变器的直接功率控制受到了国内外的学者的广泛关注。

直接功率控制一般采用都是开关矢量表查询法(L-DPC)，开关矢量表是系统控制的核心，所以研究开关矢量表是研究直接功率控制的一个重要的方向。有些学者对此也提出了不同空间划分和优化开关表设计方法，这种对开关表的改进大大提高了直接功率控制的系统动态性能。然而，L-DPC开关频率不固定，不利于输出滤波器的设计。

为解决前面说的问题，人们提出了恒频直接功率控制，基于恒频直接功率控制的几种方法，不但兼顾了功率调节的动态性，又固定了开关频率，不过这样无法实现对并网电流的直接控制。后来又有人提出了基于虚拟磁链和有源阻尼控制的直接功率控制方法，但是两种控制算法比较难以实现，控制起来比较复杂。

3 基于准DPC光伏并网逆变器的控制策略

为此本文提出了一种基于准直接功率控制(DPC)的光伏并网逆变器的控制策略，内环用电流环进行控制，对并网的电流进行直接的控制，功率环作为外环，直接控制并网逆变器的输出功率，这样系统的控制性能既有了基于电流控制的优点，又有了基于直接功率控制的优良性能。控制系统包括对直流母线的控制环节、有源功率阻尼环节、对功率进行控制的环节以及电流的控制环节等。

其系统的结构如图1所示。

根据瞬时功率的理论计算逆变器并网侧瞬时有功功率和无功功率，光伏并网逆变器网侧复功率可定义为：