光伏并网逆变器中滤波器的设计与研究

光伏并网逆变器中滤波器的设计与研究

摘要：光伏发电系统中存在着大量的非线性器件和负载，其对电网带来严重的谐波污染。为了有效地抑制谐波污染，本文提出了一种新的无源滤波器的结构设计，并且建立了一个交直交变流器与无源滤波器的Simulink仿真模型。通过比较接入无源滤波器前后电流和电压的变化，对电流和电压波形进行傅里叶变换，得到它的频谱分析曲线。仿真结果表明：该滤波器的设计方法具有可行性和有效性，能够很好地抑制光伏逆变器DC/AC变换后谐波分量，并且满足当前电力系统的要求。

关键词：光伏逆变器；无源滤波器；傅立叶变换

0 引言

光伏发电系统中存在着大量的非线性器件和负载，其对电网带来严重的谐波污染。为了有效地提高电能质量，洁净电网，电网谐波治理问题已经愈来愈引起国内外学者和专家关注[1]。

滤波器具有消除谐波和提供无功补偿的功能，在治理谐波的问题上处于重要的位置。传统的滤波器分为有源滤波器和无源滤波器。有源滤波器存在着高成本、功能单一等缺点的限制，同时光伏发电系统受阳光、温度等不确定因素的影

响比较大，使得光伏阵列的直流母线利用率较低[2]。无源滤波器因其结构简单、设备投资少、运行可靠性高、运行费用低等优点，成为电力系统中最普遍的谐波抑制设备[3]。在交流系统中，无源滤波器不仅可以起到滤波作用，而且还可以兼顾无功补偿的需求。因此它成为传统的补偿无功和抑制谐波的主要手段。

本文提出了一种新的无源电力滤波器，理论分析了该无源滤波器的可行性。利用Simulink搭建系统仿真模型，同时采集滤波前和滤波后的电压、电流量，分别对其进行傅立叶变换，得到相应的频谱分析曲线。仿真结果表明，该无源滤波器能够很好地抑制光伏逆变器DC/AC变换后谐波分量。

1 无源滤波器的结构设计

无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联[4]。本文中无源滤波器是通过电感、电容和电阻一系列的串并联来达到滤波的效果，其结构简图如图1所示。

图1中所示的U、V、W分别代表光伏逆变器输出的三相交流电。由于这其中含有很高的高频分量，因此我们通过必须接入三相无源滤波器，滤去当中的谐波分量来满足电力系统的要求。其中，电感L10和L20是含有电阻性的电感，L1是纯电感，串联在电网当中的电感L1主要是滤去电网中

电压的谐波分量。无源滤波器作为低通滤波器，频率高于其谐振频率的高次谐波将会被抑制。选用该滤波器，流经电网的高频分量会明显地衰减。电阻R的值越大，滤波器的阻尼作用越大，但阻值越大，其损耗越大，在选择时应综合考虑。电感L越大，滤波效果越明显，但电感L上的压降越大，无功损耗增多。电容越大，补充系统的无功越大，但从而降低系统的效率。所以，在无源滤波器的选择过程中，应酌情考虑。

2 无源滤波器的模型建立与仿真

为了验证第1节中无源滤波器的可行性，参照图1利用Matlab中Simulink软件建立交直交系统仿真模型，仿真模型如图2所示。其中逆变器单元是I光伏逆变器，filter1、filter2、filter3分别与L1、L2、L3共同组成三相无源滤波器。已知的参数：光伏逆变器的输入直流电压为750V，开关频率为2500Hz，负载功率为500kW，额定电压为380V，频率为50Hz、电感L1、L2、L3的参数为0.5H。

系统采用无源滤波器前逆变器输出的电压和电流波形，以及无源滤波器中电感L1与并联在母线当中的电感电阻和电容组成电路的电压和电流波形，从而来分析无源滤波器中各项器件的功能。

3 结论

本文简单阐述了光伏发电谐波产生的原因，针对光伏发

电的工作环境和特点，提出了一种新的无源电力滤波器，理论分析了该无源滤波器的可行性。利用Simulink搭建系统仿真模型，同时采集滤波前和滤波后的电压、电流量，分别对其进行傅立叶变换，得到相应的频谱分析曲线。仿真结果表明，该无源滤波器的效果能把系统的THD降低，提高了光伏发电系统输出的电源质量，确保光伏发电系统稳定可靠的运行。

参考文献

[1]徐志英，许爱国，谢少军. 采用LCL滤波器的并网逆变器双闭环入网电流控制技术[J].中国

电机工程学报，2009，29（27）：37-41.

[2]沈国桥，徐德鸿.LCL滤波并网逆变器的分裂电容法电流控制[J].中国电机工程学报，2008，28（18）：36-41.