1引言

基于L型濾波器的逆變器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，控制器設(shè)計(jì)較為容易，但是濾波器效果有限，為了輸出電流諧波含量較低，其電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)的非常準(zhǔn)確；采用LCL濾波器，在逆變器并網(wǎng)工作時(shí)可獲得較好的濾波效果，但是系統(tǒng)復(fù)雜成本高。

2.LC型濾波器的設(shè)計(jì)方法

變流器并網(wǎng)用于光伏發(fā)電或者作為變頻器帶載工作時(shí)，為了降低電壓電流輸出諧波，得到比較理想的正弦波，常采用采用LC低通濾波器消除開(kāi)關(guān)頻率附近的高次諧波，如圖2-1所示。一般而言，SPWM逆變器的輸出LC濾波器的截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開(kāi)關(guān)頻率。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，濾波器的截止頻率選擇在開(kāi)關(guān)頻率的1/10~1/5對(duì)高次諧波具有明顯的衰減作用。

并網(wǎng)時(shí)，LC濾波器的濾波電容可以忽略，其并網(wǎng)電流Igrid與并網(wǎng)逆變器的輸出電壓Unet的傳函與光伏逆變器采用L型濾波器并網(wǎng)時(shí)的傳函一樣。LC濾波器電容C越小，在并網(wǎng)時(shí)越可以把濾波電容C對(duì)并網(wǎng)時(shí)的影響忽略掉。設(shè)計(jì)中可以取較大的C，對(duì)負(fù)載穩(wěn)壓越有利，但吸取的基波電流也大，可能加重逆變器的電流負(fù)載。從逆變器輸出阻抗的角度看，LC濾波器中的電感應(yīng)盡量小，因?yàn)樗鼪Q定低頻時(shí)逆變器的輸出阻抗。但是，這樣會(huì)增加濾波電感的諧波電流，而且為了獲得同樣的濾波效果必須增大濾波電容。

3.LCL濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)

對(duì)于LCL濾波器設(shè)計(jì)應(yīng)用，我們能夠通過(guò)計(jì)算、仿真甚至實(shí)驗(yàn)來(lái)直觀(guān)的感受到LCL對(duì)比于LC的優(yōu)點(diǎn)，那就是對(duì)于高頻濾波效果好，且在同樣濾除諧波和較低開(kāi)關(guān)頻率的條件下，LCL的濾波電感值要求更低。

LCL濾波器的諧振頻率表示為fres。由于LCL濾波器容易被開(kāi)關(guān)頻率附近的高次諧波引起諧振，所以諧振頻率fres應(yīng)該和功率器件的開(kāi)關(guān)頻率相差較大。一般諧振頻率應(yīng)小于0.5fsw，但是也不能太小，否則LCL濾波器也會(huì)將低頻諧波電流放大，從而引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。

由圖3-1LCL電路拓?fù)淇梢杂?jì)算出網(wǎng)側(cè)電流與橋臂側(cè)電壓的傳遞函數(shù)為：

從公式(3-1)和圖3-2可以看出，LCL濾波器的這種諧振特性是由于較低的系統(tǒng)阻尼所導(dǎo)致的。

由于PWM變流器交流網(wǎng)側(cè)側(cè)輸出的電流中含有大量諧波，為避免系統(tǒng)諧振發(fā)生，一般情況下讓諧振頻率fres、基波頻率fn和開(kāi)關(guān)頻率滿(mǎn)足以下關(guān)系才可以獲得較好性能：

LCL濾波器與LC濾波器相比，系統(tǒng)由二階變?yōu)槿A，參數(shù)選擇設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。由于選擇網(wǎng)側(cè)電感、交流側(cè)支路電容和交流側(cè)電感的參數(shù)對(duì)獲得較好的濾波性能和電流響應(yīng)特性都有重要影響。LCL濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)不合理時(shí)不僅達(dá)不到預(yù)期的濾波效果，而且還會(huì)使電流發(fā)生畸變，甚至?xí)绊懴到y(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能。

4.LCL阻抗設(shè)計(jì)

為了增加濾波器的阻尼特性，我們采取了在電容支路上串聯(lián)電阻的方案，如圖4-1所示。

可求出式Xc的值為0.456，這里近似為0.5。

根據(jù)阻尼電阻Rd和電容容抗Xc的關(guān)系，得出Rd的參數(shù)值顯示表為5-1所示。

表5-1Rd參數(shù)選值

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，反推Rd，這里取Rd值分別為0、0.114、0.152、0.301、0.502。針對(duì)不同的Rd取值，分別列出5個(gè)傳遞函數(shù)：

新的傳遞函數(shù)中有了電阻Rd參數(shù)，通過(guò)不同Rd測(cè)試，可以改變?yōu)V波器諧振頻率點(diǎn)和振峰幅度，見(jiàn)BODE圖5-1所示。從圖中可以看出，如果頻寬中包含了截至頻率或其附近頻率，需要考慮增加阻尼電阻；

當(dāng)考慮阻尼電阻時(shí)，其選取參數(shù)需要考慮L與Lg的感抗比例匹配；同時(shí)從圖一中還可以看到，Rd增大一方面使得振峰削弱，但是增益衰減度也降低了。從圖中可以看出，Rd=0.114Ω和0.152Ω時(shí)，振峰和增益衰減度兼容性最好。

6結(jié)論

從阻尼特性來(lái)說(shuō)，未加入阻尼電阻時(shí)，傳遞函數(shù)存在諧振峰值；當(dāng)加入阻尼電阻后，隨著其值的增加，諧振峰值逐漸衰減。而從傳遞函數(shù)整個(gè)頻率段的傳遞特性來(lái)看，阻尼電阻的加入，高頻衰減特性雖沒(méi)有改變，但是系統(tǒng)系統(tǒng)的低頻特性發(fā)生了很大的變化，即橋臂電壓對(duì)網(wǎng)側(cè)電流的傳輸比隨阻尼電阻的增加而減弱，這會(huì)影響系統(tǒng)的控制性能。在選取阻尼電阻R時(shí)，我們要本著兩點(diǎn)考慮：

1、諧振峰值盡可能小；

2、低頻諧波衰減盡可能大；

綜合以上兩點(diǎn)考慮，擇優(yōu)選取Rd值。當(dāng)然在實(shí)驗(yàn)中，如果發(fā)生這種諧振還要根據(jù)具體調(diào)整R值，觀(guān)察實(shí)驗(yàn)效果才能定奪，因?yàn)樵谙到y(tǒng)環(huán)路中，寄生參數(shù)是我們沒(méi)有考慮進(jìn)去的。