滤波电感的设计

1. 滤波电感的设计

在全桥逆变器中，输出滤波电感是一个关键性的元件，并网系要要求在逆变器的输出侧实现功率因数为1，波形为正弦波，输出电流与网压同频相同。因而，电感值选取的合适与否直接影响电路的工作性能。对电感值的选取，可以从以下两个方面来考虑： ① 电流的波纹系数

输出滤波电感的值直接影响着输出纹波的大小，由电感的基本伏安关

系dt Ldi V /=可得：dt t i Ton

f

i

L

v ⎰=∆0

)( （5-14）

其中)(t v l 电感两端电压，考虑到当输出电压处于峰值附近，即

V

v N o

t max

)(=时，输出电流波纹最大，设此时开关周期为T ，占空比为

D,则有下式：

L

V f

N i max =∆ （5-15）

另外，根据电感的伏秒平衡原理，我们可以得到，

T D DT V V V

N dc N )1)((max max

--= （5-16）

于是求得，

V

V V dc

N dc

D max

-= （5-17）

从（5-15）、（5-16）式可得，

V V V V

L

dc

N dc N f

i T ∆-=)(max max

（5-18）

在本系统中，,400,5.9,3112202max V A V V I V dc N N ===⨯=开关管的工作频率,125,8us T kHz f ==取电流波纹系数,15.0=r i 则由式（5-18）计算可：

mH L

f

1.6400

15.05.910125)311400(3116

≈⨯⨯⨯⨯-⨯=-

因此，要保证实际电流纹,425.115.05.9A i I r N i =⨯=≤∆则滤波器电感满足mH L f 1.6≥。

②从逆变器的矢量三角形关系可知，

V

I L V

N

N

f

o

j +=ϖ

（5-19）

于是，它们的基波幅值满足下式

V I L

V N N f

o 2

2

2

)(+=ϖ

（5-20）

由正弦脉宽调制理论可知，

V V

dc o

m = （5-21）

其中，m 为调制比，且,1≤m 从而：

V V I L

dc N N f

2

22

)(≤+ϖ

（5-22）

于是，我们可以得到下式：

mH L

f

4.375

.95022204002

2=⨯⨯-≤π 综上，滤波电感的取值范围为mH mH L f 4.361.6≤≤。在实际设计过程中，由于电感的体积、成本等因素的影响，一般只需考虑电感的下限值，即取稍大于下下至即可。另外需要特别指出的是，以上的计算是建立在额定输出电压，即V V N 220=的基础上，考虑到实际情况

下网压的波动范围，在设计电感时最终选取电感值mH L f 7=，电感的额定电流为A 11。

1.输入电容的设计

假设电网电压和电网的电流只含有基波分量并且相同，则注入到电网的瞬时功率为：

)(2sin 2

t grld grld grld

P P

⋅⋅=ϖ （5-24）

其中P grld 是注入电网的平均功率，ϖgrld 是角频率，t 是时间。 因此，中间直流侧电压有小的脉动，同时由前述的Boost 的光伏阵列的输出电流是在直流之上叠加了一个高频分量。同时雷击等尖峰电压和一些额外的因素引起的波动会对逆变器造成影响。因此有必要设置输入电容，使其与光伏阵列与逆变器之间的导线上的分布电感组成一个低通滤波，使各部分产生的干扰尽量不影响另一部分。

由经验值可得:输入电容的值一般取F μ500。

考虑到耐压，我们选取2个V F 400/1000μ的电解电容进行串联。由于电容的串联涉及到均压的问题，采用并联均压电阻的措施。采用每组并联的电容上并联一个K 100电阻，由三个W K 1/33电阻串联组成。

5.3.3功率因数（PF ）

当逆变器的输出大于其额定输出的20%，平均功率因数应不小于0.85（超前或滞后），当逆变器的输出大于其额定输出的50%，平均功率因数不应小于0.95（超前或滞后）。

一段时期内的平均功率因数（PF ）公式：

P P

P REACTIVE

REAL

REAL

PF 2

2+=

(5)

式中：

E REAL

——有功功率； E

REACTIVE

———无功功率。

注1：在供电机构许可下，特殊设计以提供无功功率补偿的逆变器可超出此限制工作； 注2：用于并网运行而设计的大多数逆变器功率因数接近1。

5.3.5工作频率

逆变器并网时应与电网同步运行。逆变器交流输出端频率的允许偏差为,5.0Hz ±电网额定频率为Hz 50。

5.3.6直流分量

并网运行时，逆变器向电网馈送的直流电流分量应不超过其输出电流额定值的0.5%或5mA,应取二者中较大值。

5.4.2发射要求

)a 在居住、商业和轻工业环境中正常工作的逆变器的电磁发射

应不超过GB 17799.3规定的发射限制；

)b 连接到工业电网和在工业环境中正常工作的逆变器的电磁发

射不应超过GB 17799.3规定的发射限制。

2.3太阳电池阵列输出功率数学模型

本文采用TRW 太阳电池阵列输出功率数学模型[3,4]。任意太阳辐射强度)(2-⋅cm mW R 和环境温度)(C o a T 条件下，太阳电池温度)(C o c T