太阳能并网输出LCL滤波器的设计

合集下载

光伏并网逆变器通用LCL滤波器的设计

光伏并网逆变器通用LCL滤波器的设计
对 实 际 系统 。 应 用 MA T L A B 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 L cL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
中图 分 类 号 : T M6 1 4 文献标志码 : A 文章编号 : 2 0 9 5 — 2 8 0 5 ( 2 0 1 3) 0 5 — 0 0 8 7 — 0 7
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
过程 中 , 电感 两端 电压 的不 断 变化造 成 的 。
从式 ( 7 ) 可 以得 出 , 电流 纹 波 最大 值 如 式 ( 8 ) 所
示。
a x 丽 V D C m a x
4 、, ^ l ^ ,
( 8 )

从 上 面结 果 可 以得 出 , 电 流纹 波 最 大 值并 不 是
摘要 : 从 光 伏 并 网 逆 变 器 的 实际 特 点 出发 , 对逆 变器 L C L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 L c L 滤波 器 的设 计 步 骤 和 方 法 , 对1 0 0 k W 三 电 平 并 网逆 变 器滤 波 器 参 数 进 行 了设 计 。 同 时 , 针
有效 设 计方 法 ,同 时针 对 1 0 0 k W 三 电平 并 网逆 变

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计随着可再生能源的发展和应用,光伏逆变器作为太阳能发电系统中的核心设备,扮演着将太阳能光电转换成交流电的重要角色。

而光伏逆变器的LCL滤波器设计对于提高逆变器的性能和稳定性具有关键作用。

本文将探讨一种光伏逆变器的LCL滤波器设计,分析其设计原理以及优势所在。

LCL滤波器是一种电路滤波器,用于消除逆变器输出电压中的高次谐波,从而保护负载并降低电网对逆变器的干扰。

LCL滤波器由电感L、电容C和电感L组成,其特点是在抑制谐波的也具有一定的功率因数校正和电流谐波抑制能力。

在光伏逆变器中,LCL滤波器设计的主要目的是提高输出电压的波形质量,并保证逆变器的稳定性。

设计LCL滤波器需要考虑逆变器的额定功率,根据其输出特性确定LCL滤波器的参数值。

需要考虑电网的特性,不同的电网对LCL滤波器的要求也不同,因此在设计过程中需要充分考虑电网的特性,确保LCL滤波器设计符合电网接口的要求。

还需考虑LCL滤波器在工作过程中可能出现的谐波问题,并针对性地设计滤波器参数,以保证逆变器输出电压的波形质量。

在实际应用中,LCL滤波器设计需要综合考虑多个因素,包括逆变器的性能需求、电网的特性以及滤波器自身的稳定性和可靠性。

下面,我们将从这几个方面详细分析光伏逆变器LCL滤波器的设计。

LCL滤波器的稳定性和可靠性同样需要在设计过程中加以考虑。

在实际应用中,LCL滤波器可能会受到电网电压、负载变化以及外部干扰等因素的影响,因此在设计LCL滤波器时需要采用合适的控制策略以确保其稳定性和可靠性。

可以采用自适应控制策略、预测控制策略或者滑模控制策略,以提高LCL滤波器在工作过程中的稳定性和抗干扰能力。

在LCL滤波器的具体设计中,还需要考虑电感和电容的损耗等因素,确保滤波器在工作过程中能够稳定可靠地工作。

光伏逆变器的LCL滤波器设计需要综合考虑多个因素,并根据逆变器的性能需求、电网特性以及滤波器的稳定性和可靠性加以设计。

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计【摘要】光伏逆变器中的LCL滤波器设计是一项重要研究课题。

本文通过介绍LCL滤波器的工作原理和参数设计方法,探讨了其在光伏逆变器中的应用及优缺点。

也探讨了逆变器的保护措施,以提高系统的稳定性和可靠性。

研究表明,光伏逆变器中LCL滤波器的设计对于降低电网污染和提高能源转换效率具有重要意义。

未来的研究方向将集中在进一步优化滤波器设计,提高系统的性能表现。

本文将为光伏逆变器中LCL滤波器的设计提供重要参考,促进相关领域的研究和发展。

【关键词】光伏逆变器,LCL滤波器,设计,工作原理,参数设计,保护措施,优缺点,应用,重要意义,未来研究方向,总结。

1. 引言1.1 背景介绍LCL滤波器由电感器、电容器和电阻器组成,可以有效抑制逆变器输出电流中的谐波,提高逆变器的工作效率和电能质量。

LCL滤波器的设计对于光伏逆变器的性能至关重要。

合理设计LCL滤波器的参数和选取适合的元器件,能够降低系统的损耗,提高系统的可靠性。

LCL滤波器的应用还能减少系统对谐波和互感干扰的敏感度。

深入研究光伏逆变器中LCL滤波器的设计方法和应用对于提高光伏发电系统的性能和稳定性具有重要意义。

本文将重点探讨LCL滤波器的工作原理、参数设计方法、逆变器的保护措施、优缺点以及在光伏逆变器中的具体应用,旨在为光伏发电系统的设计和应用提供指导和参考。

1.2 研究意义光伏逆变器中的LCL滤波器设计具有重要的研究意义,主要体现在以下几个方面:LCL滤波器的设计对于光伏逆变器的性能有直接影响。

LCL滤波器能够有效地减小逆变器输出电流中的谐波含量,提高逆变器的输出电压质量,降低电网对逆变器的干扰。

设计合理的LCL滤波器对于提高光伏逆变器的电能转换效率和稳定性至关重要。

LCL滤波器的设计对于光伏发电系统的运行安全性也具有重要意义。

逆变器在运行过程中会受到来自电网及电气设备本身的各种干扰,一旦逆变器出现故障可能会导致光伏发电系统的停运或损坏。

并网逆变器输出LCL滤波器的优化设计

并网逆变器输出LCL滤波器的优化设计

a n d e x p e r i me n t v a l i d a t e d t h e f e a s i b i l i t y o f t h i s me t h o d .
K e y w o r d s : g r i d c o n n e c t e d i n v e r t e r ; a c t i v e p o w e r f i l t e r( A P F) ; L C L - mt e r ; s y s t e m s t a b i l i t y
i f l t e r p a r a me t e r s O i l s h u n t a c t i v e p o we r i f l t e r . T h e n , b a s e d o n t h e t o t a l i n d u c t a n c e , i t s d i s t i r b u t i o n a n d t h e i n l f u e n c e s
a t t e n ua t i o n a t h i g h re f qu e n c y .I t i s d i ic f u l t t o de ine f p a r a me t e r s . Th i s pa p e r p r o p o s e d a de s i g n me t ho d o f t he LCL—
易选 择 。提 出 一 种 并 联 型有 源 电 力滤 波 器 中 L C L滤 波 器 的参 数 确 定 方 法 , 在 总 电感 设
计 的方案基础上 , 分析 L C L滤波器 的两 个 电感 分配对滤 波和控制性 能 的影 响 , 提出 了

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计光伏逆变器是将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电的设备。

在实际应用中,逆变器需要通过滤波器来减小输出电压中的谐波和滤除直流电流的成分。

而LCL滤波器因其性能优越,被广泛应用于光伏逆变器中。

本文将介绍一种光伏逆变器的LCL滤波器设计,从而达到改善逆变器输出电压波形质量的目的。

1. LCL滤波器原理及特点LCL滤波器由电感、电容和电阻构成,其原理是通过谐波电流在电感中产生电压,使得滤波器对谐波电流有较好的阻抗。

相比于其他滤波器,LCL滤波器具有以下特点:(1) LCL滤波器在高频谐波上具有较低的阻抗,能够有效滤除谐波电流,提高逆变器输出电压的谐波含量。

(3) LCL滤波器的参数设计较为复杂,需要考虑电网的特性、逆变器的工作频率、电容和电感的选择等多个因素。

2. LCL滤波器设计步骤(1)确定工作频率LCL滤波器的工作频率由逆变器的工作频率决定,一般为50Hz或60Hz。

在设计LCL滤波器时,需根据实际工作频率选取合适的电感和电容值。

(2)选择电感和电容值根据电网的特性和谐波分析结果,确定LCL滤波器的电感和电容值。

在选择电感时,需考虑电感的铁心损耗、铜损耗以及谐波电流的频率等因素;在选择电容时,需考虑电容的额定电压和谐波电压的峰值。

(3)确定阻尼电阻值LCL滤波器的阻尼电阻用于阻尼并消除并联谐波谐振。

其阻尼电阻值可根据逆变器输出功率和谐波分析结果计算得出,通常为几十欧姆到几百欧姆之间。

3. 实例分析以某光伏逆变器的设计为例,该逆变器的工作频率为50Hz,输出功率为100kW。

根据电网的谐波分析结果,需要设计一个LCL滤波器用于滤除5次谐波。

首先确定电感值,根据工作频率和输出功率计算得出电感的合适取值范围,然后根据电感的铁心损耗和铜损耗来确定最终的电感值。

最后确定阻尼电阻值,根据并联谐波谐振的特性和谐波分析结果计算出阻尼电阻的取值范围,并通过实验来确定最终的阻尼电阻值。

07-王振存-光伏并网逆变器LCL滤波器的设计

07-王振存-光伏并网逆变器LCL滤波器的设计

电流纹波最大为:
udc udc Tp L Tp 4 3L 4 3imax
18
四、LCL滤波参数设计
(4)两个电感比值确定 图为h次开关频率谐波电流下的等效单相LCL滤波器结构,在高频 逆变状态,并网逆变器是一个谐波发生器,网侧相当于短路。由诺 顿定理可知,并网逆变器桥臂侧可以用一个电流源与电感L1并联 ii hsw u hsw / sw L1 等效,电流源 。
ia L 上桥臂关断时: a t usa Tp ta

udc u u 2 usa 0 dc dc * m*sin t 0 m 时: 3 3 2 3sin t 2udc usa ta (t ) tb (t ) 3 ia TP Lk 2udc 3 u m cos t 60o sa 3 2 TP 90o t 150o Lk
19
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
四、LCL滤波参数设计
iS hsw 1/ jsw L2 GL 2 ii hsw GL1 GC1 GL 2 1/ jsw L1 jswC1 1/ jsw L2
2 z LC 1/ L2C1 2 2 L1 L2 2 res sw sw L1 L2C1
20
四、LCL滤波参数设计
f res 1 2 L1 L2 1 L1 L2C1 2
1 r
rL1C1
iS hsw 1/ rL1C1 1 2 d dr L C 1 1 sw 1 d 1 0 2 r 1 ii hsw r L1C1 sw 1 1 2 sw rL1C1 r 1 d d L1C1 2 sw 1

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计光伏逆变器是一种将太阳能光伏板产生的直流电能转换为交流电能输出的设备。

在光伏发电系统中,逆变器起到了非常重要的作用,可以将直流电能转换成交流电能,满足家庭或工业用电的需求。

在逆变器工作过程中,会产生一些谐波和高频噪声,严重影响电网的稳定性和安全性。

在光伏逆变器设计中,LCL滤波器起着非常重要的作用,可以帮助过滤这些噪声和谐波,保证逆变器的稳定性和可靠性。

LCL滤波器是一种用于减小逆变器输出电流谐波含量和提高系统稳定性的被动滤波器。

相比于传统的LC滤波器,LCL滤波器在减小谐波含量的也能减小逆变器输出电流的峰值值,提高了系统的动态性能和稳定性。

LCL滤波器由电感(L)、电容(C)和电阻(R)三部分组成,其参数设计需要综合考虑系统的电压、频率、电流等因素,以及滤波器本身的谐振频率和衰减特性,保证在不同工况下都能发挥良好的滤波效果。

LCL滤波器的设计过程中,需要考虑的因素非常多,主要包括以下几点:需要确定逆变器的工作电压和频率。

根据逆变器的输出电压和频率,确定LCL滤波器的额定电压和额定频率,这是确定滤波器参数的基础。

需要考虑逆变器的功率和工作环境。

不同功率等级的逆变器需要不同容量的滤波器来满足其滤波要求。

不同的工作环境也会影响滤波器的选型和设计,比如工作温度、湿度等因素都需要考虑在内。

需要确定滤波器的谐振频率和阻尼特性。

LCL滤波器的谐振频率需要远远高于逆变器的工作频率,以确保在整个工作频率范围内都能发挥有效的滤波效果。

阻尼特性也需要考虑在内,以防止滤波器发生谐振现象。

需要考虑滤波器的损耗和散热设计。

滤波器在工作过程中会产生一定的损耗,需要通过合理的散热设计来确保其稳定工作,同时也要考虑滤波器的安装空间和散热条件,以免因散热不良导致滤波器过热损坏。

基于以上考虑,下面我们以一个典型的10kW光伏逆变器为例,介绍其LCL滤波器的设计过程。

根据10kW光伏逆变器的额定输出电压和频率,可以确定LCL滤波器的额定电压和频率。

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计光伏逆变器是将光能转换成电能的装置,主要通过太阳能光电效应将光能转化为直流电能,然后通过逆变器将直流电能转换成交流电能,以供电网使用。

在光伏逆变器中,LCL滤波器主要用于减小电力电子器件对电网的干扰,提高逆变器输出电流的质量。

LCL滤波器由电感器(L)、电容器(C)和电阻器(R)组成。

其基本原理是通过电感器和电容器组成的低通滤波器对逆变器输出的高频脉冲进行滤波,使其成为近似正弦波形的交流电流输入到电网中,同时通过电阻器实现对滤波器的阻尼,提高滤波效果。

LCL滤波器的设计需要满足一定的要求和指标,包括阻尼比、共振频率、电感器和电容器的选取等。

阻尼比是衡量滤波器的稳定性和抑制高频脉冲的能力的重要指标。

一般来说,阻尼比越大,滤波器的衰减能力越强,但过大的阻尼比会降低滤波器的暂态响应速度。

在设计LCL滤波器时,需要综合考虑阻尼比的大小,通常选择在0.7-1.2之间。

共振频率是滤波器设计中的关键参数。

共振频率取决于电感器和电容器的数值,可以通过数学计算或者仿真工具进行求解。

在设计LCL滤波器时,需要确保共振频率与逆变器输出电流频率相差足够大,以避免滤波器的共振现象对系统稳定性的影响。

电感器和电容器的选取需要根据逆变器的功率和电网的要求来确定。

一般来说,电感器的电流承载能力要足够大,电容器的电压承受能力要足够高,同时需要考虑滤波器的体积和成本等因素。

LCL滤波器是光伏逆变器中重要的组成部分,能够有效滤除逆变器输出的高频脉冲,使其输出成为近似正弦波形的交流电流,并且能够提高逆变器系统的稳定性和输出电流的质量。

在设计LCL滤波器时,需要考虑阻尼比、共振频率以及电感器和电容器的选取,以满足逆变器和电网的要求。

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计
光伏逆变器是将光伏电池板收集到的直流电能转换为交流电能的装置。

逆变器输出的电流和电压中可能会存在高频谐波,这些谐波会对电网和逆变器自身造成干扰和损害。

必须在逆变器的输出端加入滤波器来抑制这些高频谐波。

一种常见的逆变器滤波器设计是LCL滤波器。

LCL滤波器由一个电感L、两个电容C和一个变流器负载R组成。

它的设计目标是在一定的频率范围内实现衰减谐波信号,同时保持逆变器的吸收功率能力。

LCL滤波器的设计需要注意以下几个方面:
1. 电感L的选择:电感的主要作用是构成阻抗,并且在滤波过程中起到增加滤波回路的负载稳定性的作用。

电感的选择需要考虑滤波器的截止频率、负载电流和滤波器的尺寸等因素。

3. 变流器负载R的选择:变流器负载的主要作用是限制滤波器的谐振频率,保持逆变器的稳定性。

负载的选择需要根据滤波器的特性和逆变器的工作要求来确定。

4. 系统的Q值:Q值是衡量滤波器阻尼能力的参数,也是设计中的关键指标之一。

合理选择Q值可以实现对谐波的衰减和滤波器的稳定性。

在LCL滤波器设计中,还需要考虑其他因素,如逆变器的电流纹波、电路的热耗、电磁兼容性等。

在实际设计中,需要综合考虑系统的各种约束条件和性能参数,选择合适的电感、电容和负载等元件来设计滤波器。

LCL滤波器是一种常见的逆变器滤波器设计,它能够有效地抑制高频谐波,并保持逆变器的稳定性。

在设计过程中,需要综合考虑滤波器的参数和性能要求,选择合适的元件来实现最佳的滤波效果。

光伏并网逆变器LCL滤波器的参数设计

光伏并网逆变器LCL滤波器的参数设计

光伏并网逆变器LCL滤波器的参数设计作者:马岩杨飞茹来源:《中国科技博览》2014年第36期[摘要]介绍三相SVPWM逆变器LCL滤波器的约束条件及参数的计算方法。

[关键词]并网逆变器 SVPWM LCL滤波器谐振频率中图分类号:V0551.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)36-0392-01随着全球范围内能源紧缺和安全问题的日益突出,可再生能源的利用引起广泛的重视。

大规模光伏并网发电是充分利用太阳能的一种有效方式,具有广阔的发展前景。

本文针对基于三相SVPWM调制的并网逆变器的LCL滤波器,提出了各项参数的约束条件和计算方法。

一、LCL滤波器的作用光伏逆变器是将直流电压经开关管动作,斩波为等效交流电压,而通过LCL滤波以后,形成正弦工频电流。

作为逆变桥和电网之间的桥接,通过它可以控制并网电流的幅值和相位,从而实现控制逆变器的功率输出,并且可以抑制输出电流的过分抖动和浪涌冲击。

二、LCL滤波器的原理LCL滤波器相对于LC滤波而言,增加了网侧电感L2,而使得其对L1电流I1的高频分量呈现高阻抗。

从而让I1中的高频分量通过低阻抗回路C释放。

这样有效减少了并网电流I2中的高频含量。

LCL滤波器具有比LC滤波更好的性能,能兼顾低频段增益和高频段衰减。

作为三阶系统,LCL滤波器需要确定两个电感和一个电容的值,增加了设计难度。

三、LCL滤波器的参数设计1.总电感量(L1+L2)的约束条件总电感量的约束上限,主要从最低启动电压下有功和无功的输出能力来考虑。

在考虑基频的情况下,可将LCL中的C暂不考虑,L1和L2合并计算。

通常情况下,我们首先要保证最低启动电压下可以输出额定有功电流,矢量图如图2所示。

其中US为电网电压、UL为电感压降、UI为逆变侧等效电压、IL为额定电感电流。

在这里我们设定的前提是在最低启动电压下输出额定有功电流,可以得到:但是我们所设计的逆变器往往需要应付各种工作情况。

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计LCL滤波器是一种常用于光伏逆变器中的电路元件,其主要作用是滤除输出电压中的高频波形以及高阶谐波,提高输出电压的纯度。

在设计LCL滤波器时,需要考虑滤波器的参数选择、电路拓扑、稳定性等多个方面。

1、滤波器参数选择LCL滤波器的参数选择是决定其性能的关键因素,主要包括电感值L、电容值C以及电阻值R。

为了提高滤波器的谐波阻抗,需要考虑L和C的大小,一般L的取值较小,而C 则较大。

同时,由于LCL滤波器具有一定的损耗,需要考虑R的取值,一般取数十欧姆至百欧姆之间。

2、LCL滤波器拓扑设计LCL滤波器的拓扑设计主要有串、并、星型等多种形式,其中串联LCL滤波器的形式较为常用。

在串联LCL滤波器中,一般由两个电感器和一个电容器构成,其中电感器之间需要设置一个串联阻抗来保证稳定性。

LCL滤波器的稳定性设计是指在设计过程中保证滤波器的稳定性和可靠性。

在设计过程中应考虑传输函数的稳定性和抖动问题,通过设计合适的零点和极点,来保证传输函数的稳定和可控性。

1、电感器L的选择电感器L的大小直接影响到LCL滤波器的谐波阻抗。

一般情况下,LCL滤波器需要滤除的频率范围为50~100Hz,因此在设计时电感器的取值一般在10~20mH之间。

电容器C的大小影响到LCL滤波器的谐波损耗,一般来说,C取值较大可以有效提高滤波效果,但同时会增加谐波损耗。

因此在实际设计时需要进行权衡考虑。

一般情况下,拓扑结构为串联的LCL滤波器中,C的大小可以取值为0.1~0.5uF之间。

电阻器R通常用于串联两个电感器之间,其作用是提高LCL滤波器的稳定性以及抑制电流谐波。

在实际设计中,电阻器的取值可以根据具体需求,取10~100欧姆之间。

串联式LCL滤波器实际上是由两个L序列与一个C序列组成,通过增加电阻器R的串联可以有效提高其谐波阻抗,降低纹波幅度。

1、传输函数的稳定性在光伏逆变器中,LCL滤波器的传输函数通常是一个高阶传输函数,其中存在多个零点和极点,其稳定性和抖动问题对系统的整体性能有很大的影响。

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计光伏逆变器是将太阳能电池板发出的直流电转换为交流电,供电给家庭、商业和工业用途。

在光伏逆变器中,LCL滤波器是用来滤除PWM逆变器输出电流中的谐波,以保证输出电流是理想的正弦波形。

LCL滤波器由LCL多项式构成,它是一种传输线滤波器。

传输线滤波器是一种基于固有传播特性的高阶滤波器,它特别适合于高频滤波。

LCL滤波器结构简单、损耗小,与L 滤波器相比,其滤波效果更好。

LCL滤波器有两个电感和一个并联三角形容抗器构成,其原理如下图所示。

[image]其中,L1和L2分别代表电感,C3是并联三角形容抗器,R1和R2表示串联的阻抗。

实际中,这里的R1和R2一般极小,具有高效率和小损耗的特点。

在设计LCL滤波器时,需要考虑滤波器参数的选择,包括电感和电容的选择,以及滤波器的稳定性和控制方法。

电感的选择应首先考虑保证电流滤波效果,其次是尽可能减少磁芯损耗和损耗的热效应。

一般情况下,电感采用铁芯电感,铁芯磁导率曲线是非线性的。

因此,LCL滤波器的电感需要经过合适的设计,以保证线性区域的使用。

实际LCL滤波器电感的设计时,考虑到应用场合的不同,应该按照建立合适的模型进行选择和设计。

C3的选取可以考虑通过等效电路方法,进行计算和仿真,以保证电容的安全性和滤波效果。

在稳定性的考虑上,应该保证其特性与设定参数之间的一致性,并且阻抗的选择要考虑到其在高频时的阻抗性质。

当LCL的内容大于50%时,LCL的选取也应该考虑到一定的低频阻尼。

对于LCL滤波器的控制方法,需要考虑到电网电压波动和逆变器输出,保证逆变器的输出电流稳定性,并且使其尽可能符合应用要求。

一般情况下,LCL滤波器的控制方法分为两种:电流控制和谐波抑制。

电流控制在LCL滤波器中具有良好的频率特性,可以控制逆变器输出电流,实现高阶滤波。

谐波抑制方法可以有效抑制谐波产生,提高输出电压质量,防止高温和损耗。

在实际工程应用中,LCL滤波器是一种较为常见的电子元件,其在光伏逆变器中,可以实现高效率和高精度的功率转换,滤波效果优异。

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计光伏逆变器是将太阳能转换为直流电能后,通过逆变器将其转换为交流电能供电使用的装置。

在光伏逆变器中,LCL滤波器是一种用于抑制逆变器输出电压谐波的重要部件,能够有效地改善逆变器输出波形的品质。

LCL滤波器的设计对于光伏逆变器的性能和稳定性具有重要的影响。

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计主要包括滤波器参数的选择和设计方法的确定两个方面。

进行滤波器参数的选择。

然后,确定LCL滤波器的设计方法。

具体步骤如下:在进行光伏逆变器的LCL滤波器设计时,需要首先选择合适的滤波器参数。

LCL滤波器的参数包括电感值、电容值和阻尼电阻值。

在进行参数选择时,需要注意以下几点:1. 电感值的选择:电感值的选择要考虑到逆变器的工作频率和输出功率。

通常情况下,电感值越大,滤波器的谐波抑制能力越强,但是逆变器的损耗也会增加。

在选择电感值时需要综合考虑逆变器的性能和成本,选择一个合适的电感值。

3. 阻尼电阻值的选择:阻尼电阻值的选择是为了防止滤波器谐波振荡。

通常情况下,阻尼电阻值的选择要根据滤波器的电感值和电容值来确定,通过计算得出一个合适的阻尼电阻值。

经过参数选择后,确定LCL滤波器的设计方法。

LCL滤波器的设计包括电感值计算、电容值计算和阻尼电阻值计算三个步骤:1. 电感值计算:根据所选的工作频率和输出功率,通过计算得出一个合适的电感值。

通常情况下,可以根据以下公式进行计算:L = (ZL^2)/ωL为电感值,ZL为要求的输出阻抗,ω为工作频率。

R为阻尼电阻值,L为电感值,C为电容值。

经过以上步骤,就可以完成LCL滤波器的设计。

在实际设计过程中,还需要根据具体的光伏逆变器的参数和工作条件进行优化设计,以确保滤波器的性能和稳定性。

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计包括滤波器参数的选择和设计方法的确定两个方面。

在设计过程中,需要综合考虑逆变器的工作频率、输出功率、谐波抑制能力和动态性能等因素,以选择合适的滤波器参数,并根据电感值计算、电容值计算和阻尼电阻值计算三个步骤确定LCL滤波器的设计方法。

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计
光伏逆变器是将光伏电池板产生的直流电转换为交流电,并将其注入电网中。

在此过程中,逆变器需要对电流进行控制以遵守电网标准。

为实现这一点,可以使用LCL滤波器。

LCL滤波器是由线性电感L、电容C以及二极管D1、D2组成的无源电路。

其中L和C 用于滤波,而二极管D1和D2用于防止过电压损伤逆变器的IGBT。

LCL滤波器设计的目标是使其滤波特性良好,同时也要尽量减小L和C的体积和成本。

要实现这一点,可以采用以下方法。

首先,在确定L和C值前,需要计算LCL滤波器的特性参数。

这些参数包括电路共振频率、衰减频率和品质因数。

共振频率是指电路的固有频率,即在该频率下,L和C值可以使滤波器的阻抗最小化。

衰减频率是指在该频率以上,滤波器的阻抗逐渐增加,从而实现高频滤波。

品质因数是指共振频率下的滤波器阻抗与其在衰减频率处之比。

其次,需要根据逆变器的功率需求和电网质量要求来选择L和C值。

通常情况下,LCL 滤波器的大小和成本与电容值有直接关系。

大电容可以实现更好的滤波效果,但也意味着更高的成本和较大的体积。

因此,需要平衡L和C值的大小和成本,以满足逆变器的功率要求和电网质量要求。

最后,需要考虑LCL滤波器中二极管的选择。

由于二极管需要耐受高电压和大电流,因此需要选择具有足够承受能力的二极管。

此外,为了防止二极管反向击穿,应选取能够承受滤波器共振峰值电压的二极管。

综上所述,LCL滤波器设计需要考虑电路特性参数、逆变器功率要求、电网质量要求以及二极管选择等因素,以实现良好的滤波特性和更小的体积和成本。

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计

一种光伏逆变器的LCL滤波器设计光伏逆变器(LPV)是将太阳能光能转换为交流电能的关键设备,因此其性能和效率至关重要。

LPV系统中,由于采用了开关型功率电子器件,将会产生高频噪声和谐波,影响系统的稳定性和电磁兼容性。

LCL滤波器作为LPV系统中的重要组成部分,可以有效地滤除这些高频噪声和谐波,提高系统的稳定性和电磁兼容性。

LCL滤波器由电感、电容和电阻构成。

在滤波器设计中,重要的因素包括滤波器参数的选择、滤波器的稳定性和电磁兼容性、滤波器损耗的控制等。

本文将介绍一种基于LCL 滤波器的LPV逆变器设计,详细说明LCL滤波器的参数选择与计算方法、滤波器的稳定性和电磁兼容性分析、滤波器损耗的控制等。

LCL滤波器参数设计的目标是使滤波器具有合适的阻抗匹配,滤波器的品质因数Q值和衰减比越大越好。

在相同的Q值和衰减比的条件下,滤波器容量越小越好。

1.电感参数设计LCL滤波器的电感一般选择高品质铁氧体线圈,电感的计算公式为:L = Z/ωC其中,Z为输电电阻,ω为滤波器频率,C为电容。

R = (2Q/Z)+0.5(ωL/C)二、稳定性和电磁兼容性分析三、滤波器损耗控制在LCL滤波器的设计中,滤波器的损耗是一个重要的问题,滤波器的损耗会直接影响LPV系统的效率。

为了降低滤波器的损耗,应该选择低损耗的材料并控制滤波器的工作电压和电流。

此外,在滤波器的设计中应尽可能减少逆变器的开关频率,以降低系统噪音和谐波对滤波器的影响。

综上所述,LCL滤波器的设计是LPV逆变器中的重要部分,在滤波器参数的选择上需要考虑滤波器的稳定性、电磁兼容性以及滤波器损耗的控制等。

在实际应用中,应根据实际的工作条件和要求进行综合考虑和实验研究,以得到最佳的设计方案。

光伏并网逆变器LCL滤波器参数优化设计

光伏并网逆变器LCL滤波器参数优化设计

光伏并网逆变器LCL滤波器参数优化设计雒向东;崔剑波【摘要】针对光伏并网逆变器LCL滤波器的大纹波电流和高频谐波损耗问题,分析了电感之和、电感比值和滤波电容值、谐振频率以及入网电流之间的关系,提出了一种LCL滤波器参数最优设计方法.分析了LCL滤波器的传递特性并建立了谐波等效模型,研究了滤波参数对谐振频率以及并网电流的影响,根据LCL滤波器的设计约束条件和光伏并网逆变器实例设计了一组最优参数,并进行了仿真研究.结果表明,提出的优化方案不仅能够有效抑制开关频率的高频纹波,还能减小电感取值和阻尼损耗.【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2016(038)006【总页数】5页(P601-605)【关键词】光伏并网逆变器;LCL滤波器;纹波;损耗;优化设计;谐波等效模型;约束条件【作者】雒向东;崔剑波【作者单位】兰州城市学院培黎工程技术学院,甘肃靖远730070;兰州城市学院培黎工程技术学院,甘肃靖远730070【正文语种】中文【中图分类】TM135随着能源危机的日益加剧,光伏发电作为一种资源丰富、无污染的可再生能源获取方式受到国内外学者的高度重视[1-2].光伏并网逆变器是光伏阵列和电网的连接装置,可实现直流电与交流电的转换,其性能的好坏直接影响光伏发电并网系统的高效稳定运行,因此,对并网逆变器的深入研究具有实际意义[3-4].并网逆变器由电力电子器件构成,其工作过程需采用高频脉宽调制(PWM),这样会产生大量的开关高频谐波,对电网带来较大干扰影响,因此,需要在并网逆变器输出侧串联无源滤波器来抑制高频谐波.应用于光伏并网逆变器的无源滤波器一般可以分为L型、LC型和LCL型三种[5-6].其中单电感L滤波器结构简单,但抑制高频能力较差且体积大,不利于成本控制,影响系统动态性能;LC滤波器是二阶系统,很难消除输出电流的高频分量,由于其电网阻抗角是未知的,从而会降低滤波效果;LCL型滤波器则在高频段具有很好的滤波作用,只需较小的电感就能滤波输出电流的高频分量,并且能够在一定程度上抑制电网侧的冲击电流,因此,LCL滤波器对光伏并网逆变器并网的电流谐波具有更好的抑制性能[7-8].然而LCL是三阶系统,滤波参数的影响不可忽视,它不仅影响闭环控制系统的运行特性,还会影响并网逆变器的输出功率,因此,获取良好的滤波器参数也是一项至关重要的工作.本文基于应用于光伏并网逆变器中的LCL拓扑结构,首先建立了LCL滤波器的谐波等效模型,分析了电流传输特性,其次分析了电感之和、电感之比和滤波电容对系统谐振频率和输出电流幅值的影响,最后根据LCL滤波器的设计约束条件和光伏并网逆变器并网性能要求实例,设计了一组最优参数并进行了仿真研究.图1是含LCL滤波器的光伏并网逆变器结构图,LCL滤波器是并网逆变器与电网的接口.图1中,Up为逆变器逆变桥侧输出电压,L1为逆变桥侧电感,L2为网侧电感,C为滤波电容,iL2为并网逆变器的入网电流.1.1 LCL滤波器滤波性能根据图1求出并网逆变器输出电流iL2到逆变桥侧输出电压Up的传递函数为令L=L1+L2,即采用相同电感量的单L滤波器输出,则电流iL2到逆变桥侧输出电压Up的传递函数为函数G1(s)和G2(s)的伯德图如图2所示,从图2中可以看出,LCL滤波器在高频段的衰减特性明显优于单电感L滤波器,所以在达到相同滤波效果的前提下,LCL滤波器的体积要小得多,损耗自然也小一些.1.2 LCL滤波器谐波等效模型在光伏并网发电系统中,并网逆变器的开关频率远远大于电网频率,逆变桥侧输出电压中除了基波分量之外,还含有大量开关频率及其倍数的高次谐波.将LCL滤波器电路分解为基波等效电路和高频谐波等效电路,其中谐波等效电路如图3所示. 根据图3可以求得并网电流iL2谐波含量与逆变桥侧输出谐波电压Uph的传递函数为式中,h为输出电压谐波.由图3可得逆变器侧电感L1的电流iL1表达式为式中,XL1、XL2、XC分别为L1、L2、C阻抗值.由式(4)可知,电流iL1的大小主要由逆变桥侧电感XL1、网侧电感XL2与滤波电容XC并联阻抗XL2//XC共同决定.因为在高频段XL2//XC的取值非常小,所以XL2、XC的并联接入对电流iL1的影响不是很大,电流iL1大小主要是由XL1决定,因此,整个并网逆变器输出电流的大小主要由逆变桥侧电感L1的大小决定.本文以某并网逆变器开关频率fc=20 kHz的实例进行分析,则在逆变桥侧输出电压的主要谐波为h=20 000 kHz/50 kHz=400次的高频谐波.为了深入分析LCL滤波器各参数之间的相互影响特性,假设在的条件下,对L1/L2、L1+L2、滤波电容C三者之间的关系进行了频域分析,关系曲线如图4所示.从图4中可以看出,在L1/L2不变的条件下,随着滤波电容C取值的不断增大,L1+L2的取值将会减小,从而能够有效节省滤波电感的体积,减轻系统质量,且节省了成本.根据式(3)可求出LCL滤波器的谐振频率为当总电感量L1+L2的取值为定值时,LCL滤波器固有的谐振频率ωres与L1/L2、滤波电容C的三维关系曲线如图5所示.从图5中可以看出,当保持滤波电容C的取值大小不变时,LCL滤波器的固有谐振频率随着L1/L2取值不断增大而呈现增加的趋势.而当保持L1/L2的取值固定不变时,LCL滤波器的谐振频率随着滤波电容C取值的增大而减小.当LCL滤波器的谐振频率较小时,会对系统的中低频信号进行放大而带来较大危害.假设总电感量 L1+L2取值保持不变,在 h=400,谐波电压为单位幅值条件下,根据式(3)可以求得iL2、L1/L2与滤波电容C的关系曲线如图6所示.从图6可以看出,当滤波电容C的取值保持不变时,L1/L2取1~2时iL2的取值最小,且会随着L1/L2取值的不断增大而呈现增大的趋势.综合考虑取L1/L2的值为1.5时,LCL滤波系统具有最佳的滤波效果.通过上文分析可知,逆变桥侧滤波电感的设计依赖于电感的纹波电流,一般情况下纹波电流取为额定并网电流的10%~20%[9].本文选取纹波电流为额定电流的15%,即可得式中:P为并网发电系统额定功率;Eg为电网电压;η为发电效率.本文所采用的光伏逆变并网发电系统的参数分别为:电网额定电压220 V,光伏逆变发电系统额定功率 3 kW,直流侧电压500 V,发电效率为90%.将这些参数代入式(6)可得又已知当时,ΔIL1有最大值,即将代入式(9)可得因此,在实际电路中取 L1=3mH.对于滤波电容 C的选取不仅要考虑上述分析的滤波参数影响特性,还要考虑其无功功率影响.滤波电容 C的取值越大,则产生的容性无功功率就越多,会引起电感L1具有较大的流通电流;若滤波电容 C取值较小,则要提升滤波效果就需要增加电感值,会增大滤波系统体积和成本.根据约束条件可知,滤波电容所消耗无功功率的大小一般要小于并网发电系统额定功率值的5%,则可得滤波电容可取值C=10μF.又根据约束条件知:光伏并网逆变系统的输出电流35次及以上的谐波含量应低于0.3%,则电感 L2的取值应满足对LCL滤波器而言,其谐振频率应大于10倍的电网电压基波频率且小于主电路开关频率的一半[10],则可得根据前面的分析可知,L1/L2取1.5为最佳,结合式(11)和式(12)计算可得出网侧电感的最优取值为L2=2 mH.根据光伏并网发电系统实例,可优化求得LCL滤波器的各参数最佳取值,具体如表1所示.根据表1的参数搭建了单相光伏并网逆变器仿真模型,图7分别是单电感L、LC 和LCL滤波条件下的输出电压电流波形.从图7中可以看出,在保持相同滤波参数的条件下,采用LCL滤波的光伏并网逆变器输出电流具有更小的谐波和畸变,表明LCL滤波器能够有效抑制高频谐波,且在滤波效果相同时,LCL滤波器具有更小的体积和损耗.本文根据LCL滤波器的传递特性建立了其等效谐波模型,分析了滤波电感之和、滤波电感比值、滤波电容取值、谐振频率和并网电流之间的变化关系,得出了电感比值和电容值的合适取值范围.结合光伏并网逆变器的实际和约束条件,设计了一组最优参数并进行了仿真研究,仿真结果表明,该方案可提高并网电流质量,降低阻尼损耗,具有一定的实际应用价值.[1]李俊峰,王斯成,常瑜,等.中国光伏发展报告[M].北京:中国环境科学出版社,2011:1-110.(LI Jun-feng,WANG Si-cheng,CHANG Yu,et al. China development report of PV[M].Beijing:China Environmental Science Press,2011:1-110.)[2]熊燕,刘鑫,马胜红.中国城市规模化光伏发电应用条件分析[J].可再生能源,2012,30(1):123-126.(XIONG Yan,LIU Xin,MA Sheng-hong.Application condition analysis for scaled PV power generation in urban area of China[J].Renewable Energy Resources,2012,30(1):123-126.)[3]曾正,杨欢,赵荣祥,等.多功能并网逆变器研究综述[J].电力自动化设备,2012,32(8):5-15.(ZENG Zheng,YANG Huan,ZHAO Rong-xiang,et al.Overview of multi-functional grid-connected inverters[J].Electric Power Automation Equipment,2012,32(8):5-15.)[4]王湘明,张玮玮,王卫鑫.并网逆变器功率合成谐波阻抗联合控制策略[J].沈阳工业大学学报,2016,38(2):127-132.(WANG Xiang-ming,ZHANG Wei-wei,WANG bined control strategy of power and synthetic harmonic impedance for grid connected inverter[J].Journal of Shenyang University of Technology,2016,38(2):127-132.)[5]杨仁增,张光先.LCL并网滤波器的非线性阻尼控制[J].电工技术学报,2015,30(24):152-159.(YANG Ren-zeng,ZHANG Guang-xian.Nonlinear damping controller for grid-connected LCL filters[J].Transaction of China Electrotechnical Society,2015,30(24):152-159.)[6]邱燕.三相并网逆变器滤波及锁相技术研究[D].南京:南京航空航天大学,2012:1-66.(QIU Yan.Research on filtering and phase lock method based on three phase grid-connected inverter[D]. Nanjing:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,2012:1-66.)[7]张正传,刘跃敏,范波,等.LCL滤波的PWM整流器固定开关频率控制研究[J].电源技术,2015,39(2):379-381.(ZHANG Zheng-chuan,LIU Yue-m in,FAN Bo,et al.Research of fixed switching frequency control for PWM rectifier with LCL filter[J].Chinese Journal of Power Sources,2015,39(2):379-381.)[8]张建,陆庆,郑崇伟,等.基于谐波频谱的LCL滤波器性能分析[J].现代电子技术,2015,38(18):16-18.(ZHANG Jian,LU Qing,ZHENG Chong-wei,et al. Performance analysis of LCL filter based on harmonic spectrum[J].Modern Electronics Technique,2015,38(18):16-18.)[9]崔文峰,胡森军,李武华,等.基于有源钳位的无变压器型单相光伏并网逆变器[J].电工技术学报,2015,30(16):26-32.(CUI Wen-feng,HU Sen-jun,LI Wu-hua,et al.An active voltage clamp transformerless inverter for singlephase photovoltaic grid-connected systems[J]. Transaction of China Electrotechnical Society,2015,30(16):26-32.)[10]嵇保健,王建华,赵剑锋.不隔离单相光伏并网逆变器系统输入电流低频纹波抑制[J].电工技术学报,2013,28(7):139-146.(JI Bao-jian,WANG Jian-hua,ZHAO Jian-feng.Reduction of low frequency input current ripple in a nonisolated single phase photovoltaic grid-connecteds inverter [J].Transaction of China Electrotechnical Society,2013,28(7):139-146.)。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

第43卷第11期2009年11月电力电子技术Power ElectronicsVol.43No.11November ,2009定稿日期:2009-05-04作者简介:杜少武(1965-),男,安徽肥东人,教授,研究方向为特种电源技术。

太阳能并网输出LCL 滤波器的设计杜少武,赵钦,张胜(合肥工业大学,安徽合肥230009)摘要:太阳能并网逆变器使用的IGBT 工作在高速开关状态,形成了很大的d u /d t 和d i /d t 。

由于杂散电容、电感的存在,使得电路中形成大量的谐波,并网时严重干扰了电网。

基于逆变器的电路模型,针对三相光伏逆变系统,分析了谐波产生机理,通过对无源LCL 滤波器性能的分析及其参数优化,降低了电感量,改善了系统的动态性能,有效地衰减了该系统产生的高次谐波。

通过Matlab 仿真,验证了该设计的有效性。

关键词:滤波器;逆变器;谐波;抑制中图分类号:TM713文献标识码:A文章编号:1000-100X (2009)11-0016-02Design of LCL Filter for Grid -connected Photovoltaic InverterDU Shao -wu ,ZHAO Qin ,ZHANG Sheng(Hefei University of Technology ,Hefei 230009,China )Abstract :The pulse width modulated (PWM )inverter used in grid -connected photovoltaic inverter can generate harmonics to interfere the power networks.Based on the inverter module and three -phase inverter system ,the mechanism of harmonics generation is analyzed.With the performance analysis of passive LCL filter and parameters optimization ,the inductance isdecreased and the dynamic performance is improved ,the harmonics can be restrained efficiently.The validity of proposed filter is supported by the simulation results in Matlab.Keywords :filter ;inverter ;harmonics ;restraint1引言近年来,随着能源的日益枯竭,分布式电源得到快速发展。

由于该电源提供的是直流电,因此在并网时,需要通过DC/AC 逆变器实现电能的转换,逆变输出的交流电经简单的L 或LC 滤波器与电网相连。

电压变换器因其成熟的技术广泛应用于此。

变流器中存在大量的非线性元件,特别是静止变流器以开关方式工作,从而引起电网电流、电压波形畸变,使高次谐波显著增加。

然而采用L 滤波器时,为了减小电流纹波,不得不增加L ,导致滤波器体积增大;采用LC 滤波器,虽然结构和参数选取简单,但无法抑制输出电流中的高频纹波,容易因电网阻抗的不确定性影响滤波效果。

三相LCL 滤波器因其高效的滤波效果受到广泛重视[1]。

由于滤波器潜在的要求,使其参数的选择对滤波器的性能影响很大。

主要分析三相太阳能并网中交流输出侧LCL 滤波器的设计,通过时域仿真证明该滤波器的优越性能。

2谐波的产生及危害在太阳能发电中,太阳能电池产生的是直流电压。

为达到并网目的,采用DC/AC 变流模块,使变流器输出与电网电压同频同相的电流。

基于PWM 理论的变流器通过输出不同占空比的脉冲波,来控制开关管的通断,产生正弦信号。

这种开关工作方式,会引起电网电流、电压波形畸变,高次谐波显著增加,从而形成大量的谐波干扰。

对PWM 输出信号进行傅里叶变换,可以得到各谐波的表达式。

谐波使公用电网元件产生附加损耗,降低发电、输电及用电设备的使用效率,影响各种电气设备的正常工作,使继电保护和自动装置出现误动作,而高次谐波可能引起继电器过电压、绝缘损坏、机械振动等。

电力电子设备在多种场合是产生谐波的源,但其自身也很容易受谐波干扰而误动作。

一般来说,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更大,在平衡的三相系统中,由于PWM 波的对称性,偶次谐波已被消除,因此只有奇次谐波存在于电路中。

3LCL 滤波器的设计在设计LCL 滤波器时,参数的选择直接影响滤波器的性能。

在设计滤波器时主要考虑:①滤波器体积的大小主要由滤波电感的磁芯决定,在选择电感参数及磁芯时要多方面衡量。

国内外大量研究资料表明,增大滤波电容C 的容量可有效减小滤波电感量,从而减小滤波器的体积;②控制输出电流纹波的大小,使其满足设计要求;③滤波器的谐振频率和其动态特性。

根据三相逆变器的电路模型,设计了如图1所示的LCL 滤波器模型。

图2示出LCL 在单相滤波电路中的模型,基于该模型,得到单相中滤波器的传递函数:H LCL (j ω)=I 2(j ω)U (j ω)=-j ω(-ω2L 1L 2C +L 1+L 2)(1)式中:u 为干扰信号;ω为待滤除干扰信号的频率。

16由式(1)可得幅频关系为:H LCL (j ω)=1ωL 1+ωL 2-ω2L 1L 2/[1/(ωC )](2)3.1电流纹波在开关变换器中,纹波的大小取决于电路中谐波电流。

X 1/X 2越大,纹波电流越小,而较大的X 1/X 2又会使X 1+X 2增大。

X C 减小会导致X 1中电流纹波的增加[2]。

由以上分析可知,X C 与X 1+X 2之间是对立关系,减小X C 可以减小滤波电感的体积,却使电流纹波增加。

另外,由于X C 的减小使得无功功率增加,造成系统效率降低,一般情况下,电容的无功功率被限制在系统功率的15%以内,电容C 的计算式为:C ≤15%P 3×2πfU 2(3)式中:f 为基波频率,f =50Hz ;P 为输出功率。

在选择参数时,要根据实际需要进行取舍。

大量资料表明,当5<X 1/X 2<10且2<X C <5时,可以使纹波和滤波电感的体积达到折中值。

因此在进行滤波器参数设计时使相关参数满足此条件。

3.2滤波电感L在一定的直流母线电压和交流输出电压条件下,L 越大,则输出电流的纹波越小,但L 中电流变化率也会变小,导致电流的跟踪能力减弱,同时使成本增加。

选择L 首先要考虑基波在电感上的压降,一般为输出额定电压的3%~5%;其次,要使谐波电流的有效值约为逆变器电流容量10%~20%,否则逆变器可能由于谐波电流过大而进入保护状态;最后,考虑待滤除的干扰谐波频率的衰减倍数指标,可由滤波器的传递函数求得。

根据式(4)计算L 的大小:L ≥U dc 4f sw △i(4)式中:U dc 为直流侧电压;f sw 为开关管频率;△i 为纹波电流。

3.3抑制谐振的阻尼振荡由于L 和C 的存在会使LCL 滤波器发生谐振,PWM 逆变器可视为谐波发生器。

逆变器产生的某次谐波电流可能会对滤波器的谐振产生激励,导致该次谐波幅值突然增大,使逆变器的输出电流发生振荡。

为抑制高次谐波,避免输出电流畸变,一般取谐振频率为基波频率的10~25倍。

因此,在设计滤波器的参数时要考虑参数对频带和谐振频率的影响,滤波器的谐振频率为:ωres =L 1+L 2L 1L 2姨=ωX 1+X 2X CX 1X 2姨(5)C 值减小会使谐振频率升高。

为了抑制谐振,可以在C 支路上串联或并联一电阻元件[3],如图3所示。

虽然该方法抑制谐振很有效,但会带来能量损耗,降低系统效率,因此不适合在大功率系统中应用。

系统函数为:G (s )=I 2(s )U in (s )=sC 1R +1s [s 2L 1L 2C 1+(L 1+L 2)(sC 1R +1)](6)文献[4]中提出了基于虚拟电阻思想的新型有源阻尼控制策略;文献[5]中提出了“超前-滞后”的有源阻尼控制策略。

这两种方法可使滤波器在不增加损耗的基础上有效抑制谐振,改善电流波形。

但它们在参数选择和实际运用方面比较复杂,在此不作讨论。

3.4系统仿真与实验分析根据上述LCL 滤波器设计方法,对其进行Matlab 仿真,母线电压500V ,f sw =9kHz ,输出三相交流电220V/50Hz/6kVA 。

由于开关管工作在10kHz 频率下,输出电流很容易受到10kHz 频率及其谐波信号的干扰。

因此,假设使10kHz 的干扰信号衰减-20dB 。

取X C =2,ω=2π×104,则可得C =7.9×10-6F ,取X L 1=6X L 2,则由式(2)可得L 1=3.7×10-3H ,L 2=6.4×10-4H ;由式(5)可得ωres =767Hz 。

由单纯的L 滤波器传递函数可知,要使10kHz 干扰信号衰减-20dB ,则需要L ≈5×10-3H ,使L 的体积大大增加。

图4为三相逆变输出的滤波前后的电流波形。

可见,经过LCL 滤波后,干扰信号明显被衰减,输出电流畸变明显减小。

对滤波前后输出电流信号进行傅里叶分析,结果如图5所示。

可见,该滤波器对高频信号衰减具有良好的性能。

为一台6kVA 的三相逆变器设计了LCL 滤波器,采用基本的空间矢量调制策略,IGBT 模块为FS35R12KT3;采用56F8036型DSP 作为主控芯片;U dc =500V ,输出单相电流10A ,频率为50Hz 。

图6示出系统滤波前、后电流的实验波形,实验结果验证了设计的合理性。

图3抑制谐振电路4结论分析了太阳能光伏并网中LCL 滤波器的参数设计,根据输出电流的要求、干扰信号的频率范围、谐振频率以及电感尺寸等来确定滤波器的参数。

由分析和仿真结果证明了LCL 滤波器的优越性。

LCL 滤波器造成的谐振以及其他不足之处,还需要在今后的研究中进一步改进。

参考文献[1]M Liserre ,F Blaabjerg ,S Hansen.Design and Control of an LCL -filter Based Three -phase Active Rectifier[J].IEEE Trans.on Industry Applications ,2005,41(5):1281-1291.[2]H R Karshenas ,H Saghafi.Performance Investigation of LCLFilters in Grid Connected Converters[A].Transmission &Dis -tribution Conference and Exposition ,2006[C].Latin Ameri -ca ,2006:1-6.[3]张承慧,叶颖,陈阿莲,等,基于输出电流控制的光伏并网逆变器电源[J].电工技术学报,2007,22(8):41-45.[4]张宪平,李亚西,林资旭,等.LCL 滤波的电压型PWM 整流器的有源阻尼控制[J].电气传动,2007,37(11):22-25.[5]Liserre M ,Dell Aquila A ,Blaabjerg F.Stability Improvementsof an LCL filter Based Three -phase Active Rectifier [A].IEEE PESC 02[C].2002:1195-1201.图5LCL 滤波前后输出电流傅里叶分析图6实验波形另一类是在逆变器直流供电侧串联大电感,使直流电源近似为恒流源,该电路为电流型逆变电路。

相关文档
最新文档