針對(duì)兆瓦級(jí)風(fēng)電并網(wǎng)逆變器主電路研制中存在的并聯(lián)擴(kuò)容、開(kāi)關(guān)頻率較低和LCL濾波器難以優(yōu)化設(shè)計(jì)等問(wèn)題，提出了采用交流側(cè)串接電感再進(jìn)行并聯(lián)的均流方案，采用載波移相技術(shù)提高變流器的等效開(kāi)關(guān)頻率，提出了LCL濾波器的設(shè)計(jì)原則，并給出了上述設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)對(duì)2兆瓦風(fēng)電變流器主電路的仿真驗(yàn)證了上述技術(shù)方案。
隨著能源緊張和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，新能源發(fā)電技術(shù)，如風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等越來(lái)越受到人們的重視。風(fēng)力發(fā)電由于單機(jī)容量大、成本低，在現(xiàn)階段更具有吸引力，在世界范圍內(nèi)其總裝機(jī)容量得到了快速的增長(zhǎng)。當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電正在朝著更大的單機(jī)容量發(fā)展，兆瓦級(jí)機(jī)組在國(guó)外已經(jīng)投入大規(guī)模商業(yè)運(yùn)行，5～6兆瓦的機(jī)組也已開(kāi)始試運(yùn)行。相應(yīng)的，大容量機(jī)組對(duì)并網(wǎng)逆變器的容量提出了較高的要求。為了滿足大容量的要求，逆變器的并聯(lián)擴(kuò)容成為了必然的選擇。
現(xiàn)有的并聯(lián)方式主要有功率模塊直接并聯(lián)、功率模塊交流側(cè)串接電感再并聯(lián)和以UPS為代表的系統(tǒng)級(jí)并聯(lián)。但采用何種簡(jiǎn)單、可靠的并聯(lián)方式保證一定的均流效果需要仔細(xì)研究。
并網(wǎng)逆變器會(huì)引入附加的諧波，因此注入電網(wǎng)的電流諧波大小是一項(xiàng)重要指標(biāo)，受到了人們的廣泛關(guān)注。IEEE Std929－2000和IEEE Std.P1547標(biāo)準(zhǔn)[1]對(duì)并網(wǎng)發(fā)電的電源系統(tǒng)注入電網(wǎng)電流的諧波做出了嚴(yán)格的限制，總諧波失真（THD）小于5%，3、5、7、9次諧波小于4%，11～15次小于2%，35次以上小于0.3%。
對(duì)于處于線性調(diào)制區(qū)SPWM或SVPWM逆變器，低次諧波含量基本都能滿足標(biāo)準(zhǔn)，而開(kāi)關(guān)頻率紋波需要采用低通濾波器進(jìn)行衰減以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。理論上高的開(kāi)關(guān)頻率和低的濾波器截止頻率可以獲得滿意的濾波效果。但兆瓦級(jí)并網(wǎng)逆變器受到開(kāi)關(guān)損耗的制約難以獲得較高的開(kāi)間頻率。傳統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器采用單電感濾波，由于其較低的衰減倍率，必須采用較大的電感量才能保證濾波效果，這會(huì)導(dǎo)致較大的電感壓降，并不適合兆瓦級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合。LCL濾波器具有在較小的濾波器參數(shù)條件下依然保持較好的濾波性能的優(yōu)點(diǎn)，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)3個(gè)參數(shù)進(jìn)行選取，難以做到優(yōu)化設(shè)計(jì)。
本文針對(duì)兆瓦級(jí)并網(wǎng)逆變器研制中存在的難點(diǎn)，以2兆瓦風(fēng)電變流器為目標(biāo)進(jìn)行了研究。對(duì)于并聯(lián)擴(kuò)容問(wèn)題采用了交流側(cè)串接電感的辦法進(jìn)行均流，對(duì)開(kāi)關(guān)頻率較低的問(wèn)題采用載波移相技術(shù)[9]提高了等效開(kāi)關(guān)頻率，對(duì)LCL濾波器設(shè)計(jì)問(wèn)題在進(jìn)行了深入的理論分析的基礎(chǔ)上提出了一套行之有效的設(shè)計(jì)方法。仿真結(jié)果證明了上述設(shè)計(jì)方案的有效性。