CN201946990U - 一种基于lcl滤波的可调度三相光伏并网逆变装置 - Google Patents

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曹雷
强玉尊
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Abstract

一种基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置，它由逆变器、隔离变压器、三个滤波电抗器和三个滤波电容组成，所述三个滤波电抗器和三个滤波电容接成三相LC滤波器，所述逆变器的直流输入端接光伏电池的输出端，交流输出端依次经由三个滤波电抗器与三个滤波电容接成的三相LC滤波器和隔离变压器与电网连接。本实用新型可在较低开关频率下获得高质量的并网电流，利用变压器漏感与三个滤波电抗器和滤波电容构成三相LCL滤波器，节省了三个电抗器,而且制造成本低，通过改变逆变器输出电压与电网电压的相角差即可改变送入电网的有功功率，实现电网对光伏***的调度功能。

Description

一种基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置
技术领域
本实用新型涉及一种将光伏发电设备输出的电能馈入电网的装置，属发电技术领域。
背景技术
随着全球化石能源的日渐枯竭和人类环保意识的不断增强，以光伏为核心的太阳能发电事业近年来有了飞速的发展。光伏发电设备主要有独立供电和并网发电两种工作方式。传统光伏发电设备大多采用独立供电方式，而且以户用和中小***居多，易受到时间和季节的影响。随着电力电子技术的进步和控制理论的发展，并网发电已经成为光伏发电的发展趋势。
并网逆变器是光伏并网***的核心部件，其性能直接影响着供电电能质量以及并网***的稳定性，因此，并网逆变技术及关键设备成为了研究的重点与热点。目前，三相光伏并网逆变器存在的主要缺点是输出电流波形差、设备成本高，而且光伏发电***输出功率不稳定，致使电网协调调度非常困难。
实用新型内容
本实用新型用于克服现有技术的缺陷、提供一种基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置，以降低设备成本、提高并网电流质量并实现电网对光伏***的调度功能。
本实用新型所称问题是以下述技术方案实现的：
一种基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置，由逆变器、隔离变压器、三个滤波电抗器和三个滤波电容组成，所述三个滤波电抗器和三个滤波电容接成三相LC滤波器，所述逆变器的直流输入端接光伏电池的输出端，交流输出端依次经由三个滤波电抗器与三个滤波电容接成的三相LC滤波器和隔离变压器与电网连接。
上述基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置，所述三相LC滤波器与隔离变压器的漏感构成三相LCL滤波器。
上述基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置，所述逆变器DC/AC输出电压和电网电压的相角差控制端连接逆变触发电路的信号输出端。
上述基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置，所述三个滤波电容的支路上均串接有防谐振电阻；所述逆变器的直流输入端并接有直流稳压电容。
本实用新型利用隔离变压器漏感与前面的三个滤波电抗器和三个滤波电容构成三相LCL滤波器，节省了三个电抗器，降低了逆变装置的制造成本。该LCL滤波器可使逆变装置在较低开关频率下获得高质量的并网电流，进而可以降低开关频率，减小逆变器开关损耗。此外，光伏发电设备利用本实用新型并网时，通过改变逆变器输出电压与电网电压的相角差即可改变送入电网的有功功率，实现电网对光伏***的调度功能。
附图说明
图1是本实用新型的电原理图；
图2是LCL滤波器的等效原理图；
图3是光伏并网***等效原理图；
图4是本实用新型的控制流程图。
图中各符号为：GV、光伏电池；D、二极管；DC/AC、逆变器；B、蓄电池组；N、电网；T、隔离变压器；CF、逆变触发电路；L1、L2、L3、滤波电抗器；C0、直流稳压电容；C1、C2、C3、滤波电容；R、防谐振电阻；                                                
Figure 568936DEST_PATH_IMAGE001
、滤波电感；、滤波电容；
Figure 734655DEST_PATH_IMAGE003
、隔离变压器的一次侧漏感；
Figure 723339DEST_PATH_IMAGE004
、防谐振电阻；
Figure 6553DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 422491DEST_PATH_IMAGE006
绕组电阻；
Figure 158366DEST_PATH_IMAGE007
、经过LCL滤波后的逆变器输出电压的基波分量；
Figure 950741DEST_PATH_IMAGE008
、电网电压；
Figure 619620DEST_PATH_IMAGE009
、逆变器输出电压与电网电压的相角差；
Figure 81825DEST_PATH_IMAGE010
、隔离变压器的二次侧电抗；P、送入电网的有功功率。
具体实施方式
本实用新型提出了一种基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置，利用该装置可以实现流入电网有功功率的协调控制、提供高质量的并网电流。本实用新型利用隔离变压器T的漏感与前级LC滤波器相结合实现LCL滤波器的功能，省去了三个滤波电抗器，且隔离变压器和电抗器铁芯可采用低频材料制造，因此成本并不高。这种新型三相光伏并网逆变装置采用隔离变压器T进行绝缘和变压，具有良好的抗雷击和消除尖波的功能，***的稳定性强。
参看图1，本实用新型主要包括直流稳压电容C0、逆变器DC/AC 、滤波电抗器L1、L2、L3、滤波电容C1、C2、C3、隔离变压器T、交流电网N和控制器，滤波电抗器L1、L2、L3、滤波电容C1、C2、C3和隔离变压器T的漏感共同组成了LCL滤波器。这样，光伏电池GV产生的直流电能通过逆变器DC/AC逆变为交流电，经LCL滤波后通过隔离变压器T馈送到电网。LCL滤波器保证了逆变装置在较低开关频率时能够获得高质量的并网电流和优良的动静态性能。此外，本实用新型通过逆变触发电路CF调节控制逆变器DC/AC输出电压和电网电压的相角差，实现了有功功率的可调度特性，可以根据电网的需要将光伏阵列产生的电能输送到电网，多余的电能可以采用储能装置存储起来。
图2所示是一组LCL滤波器的等效原理图，它是由滤波电感（对应图1中的L1、L2、L3）、滤波电容
Figure 635484DEST_PATH_IMAGE002
（对应图1中的C1、C2、C3）、隔离变压器的一次侧漏感
Figure 158869DEST_PATH_IMAGE003
组合而成，其中滤波电感
Figure 182188DEST_PATH_IMAGE001
和变压器漏感均附有相应绕组电阻（
Figure 892655DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 167779DEST_PATH_IMAGE006
）。为了抑制谐振，本设计中在滤波电容支路上串联一电阻元件
Figure 404725DEST_PATH_IMAGE004
（对应图1中的三个电阻R）。这种利用隔离变压器的漏感与前级LC共同组成的LCL滤波器，省去了三个电抗器，在降低成本和减小逆变器体积的同时，实现了高质量的并网电流，充分体现了LCL滤波器的优势。
本实用新型中开关频率采用9600Hz，在这种高开关频率下，再加上LCL滤波器的滤波，逆变器输出电压波形已非常接近正弦波。因此可以将三相光伏并网***可以等效为单机对无穷大***，如图3所示。图中
Figure 208733DEST_PATH_IMAGE007
为经过LCL滤波后的逆变器输出电压的基波分量，为电网电压，
Figure 78786DEST_PATH_IMAGE009
为逆变器输出电压与电网电压的相角差，为隔离变压器的二次侧电抗。根据单机无穷大***的功率方程可知：
Figure 941886DEST_PATH_IMAGE011
改变逆变器输出电压与电网电压的相角差即可改变送入电网的有功功率，实现电网对光伏***的调度功能。
本实用新型的光伏电池GV采用50(17)P660*630多晶硅太阳能光伏电池组件，单个组件的标称参数为：最大功率50W、开路电压22V、短路电流3.2A、最大功率点电压17V、最大功率点电流2.94A。直流稳压电容C0主要起一定的滤波和稳压作用。逆变器DC/AC是电能变换装置。
图4是控制器的控制流程图，首先控制器的单片机芯片根据采样结果进行分析，检测出是否有过电压、过电流等报警信息；在确定并网***正常工作后，进行闭环控制。如果交流电网需要进行功率的调度，则增加相角修正环节，根据电网的调度需求进行控制。

Claims (4)

1.一种基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置，其特征在于，由逆变器（DC/AC）、隔离变压器（T）、三个滤波电抗器和三个滤波电容组成，所述三个滤波电抗器和三个滤波电容接成三相LC滤波器，所述逆变器的直流输入端接光伏电池（GV）的输出端，交流输出端依次经由三个滤波电抗器与三个滤波电容接成的三相LC滤波器和隔离变压器（T）与电网（N）连接。
2.根据权利要求1所述基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置，其特征在于，所述三相LC滤波器与隔离变压器的漏感（LT1）构成三相LCL滤波器。
3.根据权利要求1或2所述基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置，其特征在于，所述逆变器（DC/AC）输出电压和电网电压的相角差控制端连接逆变触发电路(CF)的信号输出端。
4.根据权利要求3所述基于LCL滤波的可调度三相光伏并网逆变装置，其特征在于，所述三个滤波电容的支路上均串接有防谐振电阻；所述逆变器（DC/AC）的直流输入端并接有直流稳压电容（C0）。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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