滤波器参数设计(修正版)

LCL，C参数设计
一．交流侧LCL：
1.系统参数：
额定功率：10KW;额定线电压：380V;电网频率：50HZ
开关频率：10KHZ；直流侧电压范围：600-800V
2.滤波器设计：
（一）逆变器桥侧电感 设计：
（1） 初始值设计[1][2][3]：
基于假设条件：在开关频率处，电容阻抗忽略不计，但是谐波存在。

在开关频率处，逆变器只看 的阻抗，所以电流纹波的增加只与 的值有关。

另外， 必须承受高频电流而 只需承受电网频率电流。

其中是前项自导纳，是前项导纳。

令，谐振频率为，
对于七段式SVPWM，电感纹波电流为[6]：
其中m为调制比。

SVPWM调制比定义为：（为相电压峰值，为直流侧电压）。

为避免过调制，合成矢量最大值为六边形内切圆半径，因此调制比m≤0.866，此时≥539V；当直流侧电压为800V时，m=0.583。

考虑直流侧电压范围在：538.9V-800V时，调制比m
的范围是：0.583≤m≤0.866.(600V对应调制比m=0.778) 当考虑三相电网电压波动为20%时，范围是：
248.9V—373.4V，此时调制比范围是：0.467≤m≤0.866（如果
为373.4V且直流侧电压为600V时，调制比为0.933。

当调制比为0.866时，直流侧最低电压为646.7V）
当m=0.5时，纹波电流取得最大值，且为
（ 为直流侧额定电压， 为开关周期， 为逆变桥侧电感）。

一般情况下，纹波电流为15%~25%的额定电流。

在LCL滤波器中，可允许电流纹波最大值对逆变桥侧的电感L的体积大小和成本有很大的影响。

电流纹波意味着对磁芯材料的和尺寸厚度选择来避免磁饱和以及减少因线圈和磁芯损耗而产生的热量。

然而，电流和电压的限制条件之间的取舍还不清楚，但是电流纹波最大值受到IGBT额定电流和IGBT散热所限制，而最小纹波电流受到直流侧电压和IGBT额定电压限制。

[3]因此，考虑IGBT最大发热情况，选择最大纹波电流为25%额定电流。

即 。

电感有最小值 =1.8mH
（2）电感值修正[3]：
由上面算出来的电感 是基于假设条件得出，如果开关频率较低，即谐振频率和开关频率特别接近时，需要修正。

此时可适当增加电感 的值。

（二）电容 设计[1]：
原则：滤波电容吸收的基波无功功率不能大于系统总功率的5%。

式中，P为整流器的额定有功功率， 为电网相电压有效值，f 为电网频率。

如果传感器采集网侧电流和电容电压[7]，滤波电路可等效为：
因此
此时为了使桥侧无功功率因数为1，可使x=，因此，
（其中 为线电压有效值， 为额定有功功率）
满足条件，取
（三）网侧电感 设计[1][5]：
首先令r=，令L==（1+r）
①
②
由式①可知（ ） ，且令 （k<0.5），
③。

式②可以化为：
（ ）
设 ，则可以得到k= （ ）
④
（ ）
因为高次谐波的衰减比例在设计滤波器参数时是已知量，因此可
⑤
以得到谐振频率 （ ）
（ ）
联立①式和⑤式得到：
（ ）
因为要求电流波形失真率（THD）≤3%，所以取谐波衰减比d=0.03（即谐波电流占额定电流的3%）
解出：r=0.615，则 。

此时LCL滤波器谐振频率为： Hz。

满足要求： 。

在现实情况中，由于网侧除了 之外还有电网电感和和变压器漏感，所以网侧电感 较计算值要求稍小。

综上所述： ， ， 。

二.直流侧电容C[4]：
考虑最大允许直流电压：
假设 为电压环响应时间，为最大直流电压变化，为最大输出功率变化，为直流侧电容交换的能量，为直流侧电压。

且
此时直流侧电压的变化为：
考虑到直流最大可变电压为，
参考文献
[1]Design and control of an LCL-filter-based three phase
active rectifier.
[2]Step-by-step design procedure for a grid-connected
three-phase PWM voltage source converter.
[3]Grid-filter design for a Multimegawatt medium-voltage
voltage-source inverter.
[4]AC/DC/AC PWM Converter with Reduced Energy Storage in
the DC Link.
[5]三相电压型整流器的LCL型滤波器分析与设计.
[6]Analysis and comparision of space vector modulation
schemes for three-leg and four-leg voltage source
inverters.
[7]Step-by-Step Design Procedure for a Grid-connected
Three-Phase PWM Voltage Source Converter.。