光伏并网逆变器通用LCL滤波器的设计方案

1、光伏并网逆变器通用LCL滤波器的设计 摘要：从光伏并网逆变器的实际特点出发，对逆变器LCL滤波器参数设计进行了 研究。 从逆变器对滤波器的实际要求方面给出了 LCL滤波器的设计步骤和方法，对 100 kW三电平并网逆变器滤波器参数进行了设计。同时，针对实际系统，应用 MATLAB仿真 软件对设计结果进行了仿真验证，仿真和实验结果表明：采用所提出的LCL滤波器的设计 方法，光伏并网逆变器性能良好，从而验证了这种设计方法的正确性和合理性。 关键词：光伏并网逆变器；滤波器；电流纹波；谐波 引言 伴随着近年来全球光伏发电装机容量的不断增加，光伏并网逆变器的需求量也日益增多， 电网电能质量方面的要求迫使

2、光伏并网逆变器在发电质量等方面性能越来越好。滤波器是 光伏并网逆变器的重要组成部分，同时也是逆变器提高工作性能的重要环节。 在光伏并网逆变器中，其常用的拓扑结构如图1所示1，2,其主要组成部分有：直EMI 滤 波器、逆变桥、滤波器、接触器等。 本文针对上述常用拓扑结构，对逆变器的工作 图1三电平逆变器典型拓扑 特点和滤波要求进行了分析，提出了该类滤波器的有效设计方法，同时针对100 kW三电平 并网逆变器的参数，设计了LCL滤波器，最后通过仿真验证了该设计的合理性，表明了本 文提出的滤波器设计方法的正确性。 1光伏并网逆变器对 LCL滤波器设计的要求 光伏并网逆变器的简化模型如图 2所示，其主

3、要功能是为电网注入能量，保证注入电 流Ig的电能质量。 因此对滤波器的要求主要有以下几个方面：谐波、电流纹波、成本、 控制系统设计。 1.1电流纹波方面 输出电流纹波的计算方法在多种文献中提到，在参考文献3,4 中，电流的纹波公 式一般应用于 BUCK电路中输出电压被控制的场合，在逆变器中输出控制电流，逆变器 的输出电压是电网电压，与输入电压的关系与BUCK电路的公式不同。逆变器输出电流的 纹波主要因为逆变桥开关过程中，电感两端电压VL的不断变化造成的。 匸VL/L T （1 在IGBT开通和关断时，VL不同。定义开关函数 S: S=1, IGBT开通；S=0, IGBT关 断。根据上面定义，

4、根据一般经验以及后面计算可知，Lg电感量一般小于Lf , Lg甚至为 线缆电感，因此其压降很小， 同时考虑到其输入端有滤波电容，因此可以近似认为VCf电 压近似为电网电压， 因此可以得到电感 Lf两端电压VL的公式为： VL 其中，3是电网角频率。在光伏并网逆变器中，正常工作时一般要求功 率因数为 n =0.99，这里可以近似为1。由于控制量与电网相位差$很小，对结果影响不 大，为便于分析，本文忽略$ 0影响，因此： T=M sinv） 33 其中，M是SVPWM发波的调制度，并且满足 M（4 联立公式1）、2 ）、3）可得: AZ = - 0 _ 匕;sin cot) (1 一 A/ sin

5、 (魏) 数学推导中，当t满足式6）时，电流纹波最大值如式 7）所示。 4迥m s = 5=0 A I發/mfH 从上面结果可以得出，电流纹波最大值并不是出现在电网电压峰值上，而是随着母线电压 的不同而不同，当母线电压为最大值时，纹波电流最大。总输出电流如图4所示。 % tlJ能3A filo pg r/s Q A e.gii as (Q电流纹波 （W输出电流 图3理论输出电流波形 1.2谐波方面 根据参考文献5国家电网对逆变器的谐波输出的要求为：THDC 5%,并网光伏逆变器 必须满足上述要求。降低逆变器谐波的方法一般有两种，一种是通过控制参数及发波的方 式降低谐波。 另一种是通过合理设计滤

6、波器滤除谐波。本文的方法是针对后者进行设计。 通过公式8）给出电流纹波计算公式，根据实际需要的纹波电流百分比，可以得到电 感的一个取值范围。在此基础之上，需要设计电感Lf，Lg。首先分析逆变器的谐波源。 对图2所示的简化结构，逆变器侧的电压如式 （9 式中：S（t是开关函数，其随时间变化而变化，根据参考文献6可以得到，开关函数 如下： U.WS1nM2 工be HJT I + Vfsm(6tJ/) 2 JO) 111) 上式中，第一项是基波部分，第二项是高频部分，也是分析的重点，定义其如下 根据参考文献6中的赛贝尔公式，当n为奇数时候，式11 ）可变为: 八 V- 2 / , （g农、 从）缶7叫丁J z壬卜応几（警 呼)+ 工(-0 b|J,S列V * CU5 21 (OC - ftMj