針對兆瓦級風電并網(wǎng)逆變器主電路研制中存在的并聯(lián)擴容、開關頻率較低和LCL濾波器難以優(yōu)化設計等問題，提出了采用交流側(cè)串接電感再進行并聯(lián)的均流方案，采用載波移相技術提高變流器的等效開關頻率，提出了LCL濾波器的設計原則，并給出了上述設計的理論依據(jù)和實現(xiàn)方法。通過對2兆瓦風電變流器主電路的仿真驗證了上述技術方案。
隨著能源緊張和環(huán)境問題的日益嚴重，新能源發(fā)電技術，如風力發(fā)電和光伏發(fā)電等越來越受到人們的重視。風力發(fā)電由于單機容量大、成本低，在現(xiàn)階段更具有吸引力，在世界范圍內(nèi)其總裝機容量得到了快速的增長。當前，風力發(fā)電正在朝著更大的單機容量發(fā)展，兆瓦級機組在國外已經(jīng)投入大規(guī)模商業(yè)運行，5～6兆瓦的機組也已開始試運行。相應的，大容量機組對并網(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)級并聯(lián)。但采用何種簡單、可靠的并聯(lián)方式保證一定的均流效果需要仔細研究。
并網(wǎng)逆變器會引入附加的諧波，因此注入電網(wǎng)的電流諧波大小是一項重要指標，受到了人們的廣泛關注。IEEE Std929－2000和IEEE Std.P1547標準[1]對并網(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準，而開關頻率紋波需要采用低通濾波器進行衰減以達到標準的要求。理論上高的開關頻率和低的濾波器截止頻率可以獲得滿意的濾波效果。但兆瓦級并網(wǎng)逆變器受到開關損耗的制約難以獲得較高的開間頻率。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，這會導致較大的電感壓降，并不適合兆瓦級應用場合。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，但在設計過程中需要對3個參數(shù)進行選取，難以做到優(yōu)化設計。
本文針對兆瓦級并網(wǎng)逆變器研制中存在的難點，以2兆瓦風電變流器為目標進行了研究。對于并聯(lián)擴容問題采用了交流側(cè)串接電感的辦法進行均流，對開關頻率較低的問題采用載波移相技術[9]提高了等效開關頻率，對LCL濾波器設計問題在進行了深入的理論分析的基礎上提出了一套行之有效的設計方法。仿真結(jié)果證明了上述設計方案的有效性。