LCL 滤波三电平并网逆变器有源阻尼控

制

关键字：

LCL 滤波 三电平 逆变器 

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。
为了抑制

LCL 滤波器的谐振，在工程中通常给电容支路上串联或并联一定值的电阻，利用

电阻的阻尼作用来稳定系统。这种方法简单可靠，不用改变算法，但由于阻尼电阻损耗的存
在，会使系统效率有所下降。另一种方法是通过算法来抑制谐振的有源阻尼控制，如在控制
闭环中采用虚拟电阻、超前滞后环节、双带通滤波器、电容支路电压高频分量、遗传算法、虚拟
阻尼功率等方法亦可达到抑制效果，并且不会引起系统额外的损耗。由于虚拟电阻有源阻尼
控制法物理意义明确，易于实现，因此得到了一些应用。
图

3 为在 LCL 滤波器电容支路串联电阻后，逆变器网侧等效结构框图，经变换后可以等效

为图

4 所示结构，其中虚线框内为采用 L 滤波器逆变器网侧等效结构图。

虚拟电阻有源阻尼控制的思想就是采用算法来模拟

sRC 部分，以实现与电容支路串入电阻