三相逆变器的谐波抑制方法应用

作者：李白龙

来源：《中国科技纵横》2015年第24期

        【摘 要】伴随着开关型功率器件脉宽调试技术的普及运用，不可避免的会产生一定的谐波含量，传统LCL型滤波器存在谐振峰值致使谐波分量过高的弊端，难以控制。本文提出一种谐波抑制方法，在不增加系统资源的前提下，合理的利用系统的现有资源对零序电流进行闭环控制，经仿真和实际论证可有效减小并网电流的谐波含量，提高整机的输出特性。

        【关键词】 逆变器 谐波抑制 光伏

        1 引言

        伴随着开关型功率器件脉宽调试技术的普及运用，不可避免的会产生一定的谐波含量，多台逆变器并网运行时很容易馈入到电网中，因此谐波的抑制一直以来都是各行业关注热点，在现有的输出滤波环节上，目前广泛应用的有LC，LCL型，因为电网自身感抗Lg的客观存在，LC实质也是LCL型，LCL型滤波器基本思想是利用电感和电容分别在高频特性下的对开关纹波电流的高低阻抗特性，实现滤波效果。但是由于LCL型滤波器在理论上存在一个高幅值的谐振峰（其相位滞后会从-90°急剧变化到-270°，远远超过自控理论系统稳定的-180°相位滞后条件），且不同电网下的感抗Lg不一样，这就导致谐振峰值点的频带也会有所偏移，难以稳定控制，当前应用较多的改进型LCL滤波器就是在电容支路上串联电阻加以吸收抑制，串接电阻确实可以在全频段很好地抑制谐振，但随之而来的损耗不可避免，且电阻的串入也增加了该支路的阻抗，违背了电容低阻抗特性的设计初衷，影响实际滤波效果，针对这一情况目前亦有专利提出，在每一个电阻上并接电感，通过电感在不同频段下的阻抗特性来降低电阻损耗过高的问题。但显然的，电网自身感抗Lg的不确定性，谐振频段会有所偏移，这就增加了并接电感的设计难度。

        2 设计内容

        本方案的目的是解决上述现有技术中存在的问题，提出了谐波抑制的方法。在不增加系统资源的前提下，合理的利用系统的资源，采用零序闭环控制方法，无需增加阻尼电阻即可提高系统输出性能。

        如图1所示，为三相逆变器的拓扑电路图，其包括直流DC端1，逆变电路2，LCL滤波电路3以及交流电网端AC4。

        针对上述结构，如引言所描述的，传统的LCL滤波电路存在一个高增益的谐振峰值，会导致该频段谐波含量过高，改进型电路则是在电容接到bus中点的支路上通过串联阻尼电阻来加以吸收，从而抑制零序电流中的谐波含量，但由于增加电阻带来的损耗不可避免，影响实际滤波效果，基于对零序电流谐波抑制的思路，提出一种零序电流抑制的控制方法，无需在电容接到bus中点的支路上通过串联阻尼电阻。

        方法具体描述如下：

        根据所逆变器的三相输出电流Ia，Ib以及Ic计算得到零序电流Io（Io=-（Ia+Ib+Ic），对得到的零序电流进行闭环PI控制，计算得出控制调节量再给到实际三相PWM的duty输出上进行调节，控制三相电流的输出，最终达到对零序电流谐波抑制的目的，原理图如图2 所示。

        图3为A相未导入和导入零序控制下的谐波分量仿真对比图，其中谐波Thdi含量达到了23.13%，且输出波形存在明显振荡现象，导入方案后谐波分量得到较好的抑制，效果明显，横坐标表示频率带，纵坐标表示各次谐波Thdi占基波分量的百分比。

        3 结语

        综上所述，通过对零序电流进行闭环控制，可以有效解决传统LCL型滤波器存在谐振峰值致使谐波分量过高的弊端，从而有效减小并网电流的谐波含量，相较改进型的LCL滤波器而言，无需串入阻尼电阻，同样实现谐波抑制，实现整机输出特性的提升。

        参考文献：

        [1]王颖杰.LCL滤波的三相变换器并网关键技术研究[D].中国矿业大学，2012.12

        [2]张兴，邵章平 等.非隔离型三相三电平光伏逆变器的共模电流抑制[J].中国电机工程学报，2013年03期.