并网逆变器中LCL滤波器的谐振问题及影响分析

随着并网光伏发电技术的发展，大功率并网发电已成为光伏发电的主要趋势。在大功率并网光伏发电系统中，并网逆变器的容量通常较大，为了降低开关管及其他相关损耗，同时也降低电磁干扰，一般只能采用较低的开关频率，此时若采用传统的L滤波器进行并网逆变器的输出滤波，则存在以下问题：

1）为了满足并网谐波要求，需要较大的电感值，这样不仅增加了滤波器的体积，而且增加了损耗和成本；

2）较大的滤波电感设计，增加了控制系统惯性，降低了电流内环的响应速度；

3）滤波电感的增大，将导致电感压降的增加，为了确保并网控制的实现，须适当提高逆变器的直流侧电压，这给电路控制和设计带来了一定的困难。

因此，在大功率并网光伏发电系统中，其大功率并网逆变器通常采用LCL滤波器，其结构如图5-25所示。相比于L滤波器，LCL滤波器一般具有三阶的低通滤波特性，因而对于同样谐波标准和较低的开关频率，可以采用相对较小的滤波电感设计，因而可以有效减小系统的体积并降低损耗。

图5-25 基于LCL滤波器的光伏并网系统

然而，相比于L滤波器，LCL滤波器也不可避免地存在缺陷，以下以典型的单相滤波器电路为例进行分析。

图5-26所示为并网逆变器中采用的L滤波器和LCL滤波器电路。在并网逆变器的并网控制中，对于电压型逆变器而言，网侧电流的控制实际上是通过逆变器桥臂侧输出电压的控制来实现的，因此，首先研究滤波器输入电压对输出电流的传递特性，即

L滤波器：

LCL滤波器：(www.xing528.com)

图5-26 典型的L滤波器和LCL滤波器

可见，由于电容支路的增加，使得并网逆变器的电流控制系统由一阶系统变为三阶系统，从而增加了控制系统设计的困难。LCL滤波器最严重的问题是其谐振问题，根据式（5-84）可画出LCL滤波器的博德图，如图5-27所示，可见，在某一频率范围内，系统将产生谐振，从而影响了系统的稳定性。

图5-27 LCL滤波器的博德图

对于三阶系统，谐振频率ω_res的具体计算公式为

从式（5-85）不难看出，LCL滤波器中3个储能元件参数对谐振频率ω_res均有影响，因此，式（5-85）是LCL滤波器参数设计的重要依据。

实际上LCL滤波器的这种谐振特性是由于较低的系统阻尼所导致的，因此需要在理论上研究增加系统阻尼的基于LCL滤波器的并网逆变器控制方案。针对基于LCL滤波器的并网逆变器阻尼控制方案，本节主要介绍了并网逆变器的无源阻尼和有源阻尼控制方案，并对LCL滤波器的参数设计进行了讨论。