基于谐波频谱的LCL滤波器性能分析

张建等

摘 要： 为了减少逆变器中的谐波干扰，常采用LCL滤波器，该滤波器性能优良，被广泛采用，但目前LCL滤波器的电感电容仍然较大，系统成本仍较高，据此提出一种新型的设计方法，即通过逆变器输出的高次谐波峰值及其频谱，采用直线交截法依次获得谐振频率等相关滤波参数。与此同时，在此基础上对基于谐波频谱的LCL滤波器的各参数再次进行优化，然后通过与未经优化的LCL滤波器进行性能分析比较，从理论上揭示了该滤波器的优越性。最后通过在三相并网逆变器上进行实验验证，最终设计出了总电感电容较小，且满足并网要求的LCL滤波器。

关键词： 逆变器； LCL滤波器； 谐波频谱； 参数优化

中图分类号： TN713?34； TM464 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）18?0016?03

Abstract： In order to reduce the harmonic interference in inverter， LCL filter was adopted and popularized due to its perfect performance， but at present， the inductance capacitance of the traditional LCL filter is still relatively large， so the system cost is high. In view of this， a new?type design procedure is proposed in this paper， with which high?order harmonic peak output by inverter and its spectrum are obtained， and resonant frequency and other related filtering parameters are got with the linear intercept method in proper order. On this basis， the various parameters of LCL filter are optimized again， and then the optimized filter is compared with unoptimized LCL filter to do further analysis. The superiority of the new?type filter was revealed. After experimental verification on three?phase grid?connected inverter， a new?type LCL filter that satisfied the requirements of LCL filter with small inductance capacitance was designed.

Keywords： inverter； LCL filter； harmonic spectrum； parameter optimization

0 引 言

人类社会的不断进步导致各种地球上各类能源资源的急剧消耗，然而自然存在的能源资源又是有限的。社会各界大力寻求既可持续利用又无污染的替代能源，随之而来风能、太阳能、生物能、潮汐能等新型能源得到了较好的开发利用。同时逆变器的使用引入了大量谐波，使电能质量变差，难以满足生产生活需要。目前在逆变器中常用谐波处理方法是LCL滤波器，该滤波器滤波效果好、性能佳，因此被广泛应用。文献[1]针对LCL型滤波器在无阻尼时易振荡现象，采用被动阻尼法使系统更稳定；文献[2]提出了一种电压环、功率环和电容电流环的三环控制策略，使滤波系统更加完善；文献[3]通过研究滤波器各参数变化与纹波抑制和谐振频率之间的变化关系，设计出了在滤波效变的情况下，通过改变滤波电感[L1]、[L2]的值，即当滤波电感[L1]大于滤波电感[L2]时设计出满足并网要求且谐波含有量较少的滤波器。根据最优的LCL滤波器的参数值，本文在LCL滤波器的基础上提出了基于谐波频谱的LCL滤波器，并与未经处理LCL滤波器进行性能比较，仿真结果和样机测试均证明了该方法的性能优越性。

1 SVPWM及其谐波分析

图1为三相并网逆变器并网拓扑结构图，其中VT是功率开关管，VD是续流二极管，[iPV]是从太阳能电池板直接输出的直流电，[L1]是逆变器侧电感，[L2]是网侧电感，[Ca，b，c]是滤波电容，[Usa，b，c]分别代表三相电网的相电压，[i2a，b，c]分别代表网侧相电流，[Cdc]是直流母线电容。

2 滤波器设计

首先采用直线交截法如图4所示，且根据上述仿真谐波频谱可以得到谐振频，[fres=1 100 Hz]。

3 实验验证

在额定容量17 kV·A的三相并网逆变器样机上其电路拓扑如图1所示，给定电网额定电压230 V，直流电压580 V，调制频率5 kHz。本文设计出的LCL滤波器其主要参数为[C2]=22 μF，[L1=0.81 mH]，[L2=0.98 mH]。通过与未经优化的LCL滤波器即滤波器参数为[C2]=25 μF，[L1=0.91 mH]，[L2=1.22 mH]进行对比分别得到了并网电流的a相波形图如图5所示。

4 结 语

本文所提出的LCL滤波器区别于传统的滤波器的设计，其主要依据谐波频谱进行相关参数设计。其性能相较于传统的LCL滤波器，具有滤波电感电容更小，性能更为优越的特点，符合实际应用。

参考文献

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