針對兆瓦級風(fēng)電并網(wǎng)逆變器主電路研制中存在的并聯(lián)擴容、開關(guān)頻率較低和LCL濾波器難以優(yōu)化設(shè)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(shù)提高變流器的等效開關(guān)頻率，提出了LCL濾波器的設(shè)計原則，并給出了上述設(shè)計的理論依據(jù)和實現(xiàn)方法。通過對2兆瓦風(fēng)電變流器主電路的仿真驗證了上述技術(shù)方案。
隨著能源緊張和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，新能源發(fā)電技術(shù)，如風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等越來越受到人們的重視。風(fēng)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(dāng)前，風(fēng)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(yīng)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(xì)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(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)，而開關(guān)頻率紋波需要采用低通濾波器進行衰減以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。理論上高的開關(guān)頻率和低的濾波器截止頻率可以獲得滿意的濾波效果。但兆瓦級并網(wǎng)逆變器受到開關(guān)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(dǎo)致較大的電感壓降，并不適合兆瓦級應(yīng)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(shè)計過程中需要對3個參數(shù)進行選取，難以做到優(yōu)化設(shè)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(fēng)電變流器為目標(biāo)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(guān)頻率較低的問題采用載波移相技術(shù)[9]提高了等效開關(guān)頻率，對LCL濾波器設(shè)計問題在進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)計方法。仿真結(jié)果證明了上述設(shè)計方案的有效性。