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大容量光伏逆变器LCL滤波器原理以及特点

大容量光伏逆变器LCL滤波器原理以及特点

 近年来利用先进的电力电子与自动控制技术实现光伏/风电等新能源联网发电得到快速发展。光伏发电、燃料电池等发出的是直流电,必须逆变成符合电网要求的交流电才能实现并网。然而并网逆变器一般采用高频PWM 调制,导致大量的高次谐波电流进入电网,这样会对电网中其他EMI 敏感设备产生干扰,必须在电网与逆变器之间加装滤波器。

在小功率逆变并网发电系统中,通常采用结构简单的单电感L 型滤波;但在大功率、低开关频率场合,需要使用更大的电感值才能达到理想的谐波电流抑制效果,这样不仅滤波器体积大而且增加了系统成本。相比于L 型滤波器,在达到相同的高频谐波抑制效果时,LCL 型滤波器所需的总电感量比L 型滤波器小得多,并逐渐应用于大功率、低开关
频率的并网逆变器设备。由于LCL 滤波器本身是一个三阶谐振电路,设计时需要确定三个参数(两电感值和一电容值),各个参数对其滤波性能有着重要的影响。因此,LCL 型滤波器参数设计方法引起了国内外学者的广泛关注。

LCL 型滤波器原理分析

图 1 为逆变器通过LCL 型滤波器接入电网的示意图,假设LCL 均为无损耗理想元件,忽略电阻。其中uinv 为逆变器桥输出电压,采用SPWM 控制时,uinv 主要以基波为主,并含有开关频率及开关频率倍频附近的高次谐波。

与L 型滤波器相比,LCL 滤波器是利用了电感与电容对不同频率分量所呈现阻抗的差异性的特点,滤波器增加了滤波电容Cf 和网侧滤波电感L2,高频情况下电感支路的阻抗大,而电容支路阻抗则小,引入L2 和Cf 后可对含有高次谐波的逆变器桥输出电流iinv 进行并联阻抗分流,滤波电容Cf 为高频部分提供低阻通路,从而有效降低注入电网电流ig 中的谐波电流分量。
LCL 型滤波器参数设计特点

对于配置LCL 滤波器的逆变器,由于滤波器参数的大小直接影响着系统整体性能,因此,在进行LCL 参数设计时通常会考虑以下要求:

(1)总电感量的限制。额定条件下的阻抗压降需小于电网电压的10%。
(2)对滤波器电容的限制。过大的滤波电容,将产生大量的无功损耗,降低了逆变器的整体功率处理能力。
(3)谐振频率的设计限制。为了避免谐振频率成为逆变器电流控制器设计的制约因素,一般要求设计的LCL 滤波器的谐振频率在10 倍基频和0.5倍开关频率之间。
(4)采用无源阻尼电阻方案时,对阻尼电阻Rd 的限制。当Rd 越大时,谐振峰降低越明显,但滤波器的损耗也随之增大,同时滤波器对高频谐波的滤波性能也将降低,工程中对阻尼电阻一般取为谐振频率处电容阻抗的1/3。
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