LCL濾波器參數(shù)性能的比較

光伏并網(wǎng)逆變器輸出的并網(wǎng)電流中含有大量的諧波，這些諧波會導(dǎo)致電能質(zhì)量的惡化，繼而引發(fā)大規(guī)模的事故。因而濾波器的設(shè)計對于改善電能質(zhì)量尤為重要。就現(xiàn)階段而言，LCL濾波器的設(shè)計方法也層出不窮。文獻[1]提出了分裂電容法，將LCL型濾波器的中間旁通電容分成并聯(lián)的前后兩部分，取兩電流的加權(quán)平均值的方法;文獻[2]根據(jù)濾波器的限制條件來確定具體參數(shù)范圍，但是具有很強的經(jīng)驗性不利于設(shè)計;文獻[3]中利用被動阻尼比的方法進行相關(guān)驗證等均存在相應(yīng)的缺點。本文依據(jù)LCL 型濾波器中濾波總電感值L1 + L2 與濾波電容C2 兩者之間的關(guān)系提出了一種在濾波電容以及總電感值較低且不變的情況下，通過改變?yōu)V波電感L1 ，L2 的值即當濾波電感L1 大于濾波電感L2 時設(shè)計出滿足并網(wǎng)要求且諧波含有量較少的濾波器。并且通過實驗驗證了在濾波電容以及總電感值較低且不變的情況下，濾波電感L1 大于濾波電感L2 的濾波效果明顯優(yōu)于濾波電感L2 大于濾波電感L1 所設(shè)計的LCL濾波器。

1 三相并網(wǎng)逆變器拓撲結(jié)構(gòu)

圖1 為三相并網(wǎng)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)圖，iPV 為直流電流，Cdc 為直流母線電容，Ud 為直流母線電壓;VT1~VT6為三相逆變的6個IGBT橋臂。R1 ，R2 分別為兩側(cè)濾波電感的內(nèi)阻。該拓撲結(jié)構(gòu)中LCL型濾波器的傳遞函數(shù)可以表示為如下：

2 濾波器參數(shù)性能分析

由于LCL濾波器在抑制諧波方面效果顯著，故本文就LCL濾波器的參數(shù)性能進行相關(guān)比較，最后設(shè)計出一種滿足并網(wǎng)要求且諧波抑制最為顯著的濾波器。依據(jù)圖1所示的并網(wǎng)逆變器拓撲結(jié)構(gòu)中濾波電感L1 、L2 和濾波電容C2 ，通過Matlab 仿真得到LCL 型濾波器中濾波總電感值L1 + L2 與濾波電容C2 兩者之間的關(guān)系如圖2 所示，并且可以看出：在濾波電容C2 值越大的時候，L1 + L2 總電感量值越小。

圖1 三相并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

圖2 濾波器中C2 與L1 + L2 之間的關(guān)系

依據(jù)上述仿真結(jié)果，本文在保持濾波電容、總電感值較小且不變的情況下，通過改變L1 ，L2 進行相關(guān)性能比較，最后提出在濾波電容C2 值以及L1 + L2 總電感量值不變的情況下，L1 電感值大于L2 電感值的時候，此時LCL濾波器的性能達到最優(yōu)。并且依據(jù)濾波器的限制條件對濾波器的參數(shù)進行如下設(shè)計：

(1)諧振頻率可以表示為：

在已知諧振頻率的前提下可以求出濾波電容C2 ，而C2 吸收的無功功率不能大于系統(tǒng)額定有功功率的5%，此處選取2%的無功功率;可以得到：

式中：Pn 為并網(wǎng)逆變器輸出的額定有功功率;ug 為相電壓有效值;f1 為電網(wǎng)基波頻率。

(2)LCL 濾波器總的電感所產(chǎn)生的阻抗壓降小于正常額定工作情況下電網(wǎng)電壓的10%;由式(2)以及上述推導(dǎo)可以得到：

3 實驗驗證

在額定容量10 kVA的單相并網(wǎng)逆變器樣機上其電路拓撲如圖1所示，給定電網(wǎng)額定電壓230 V，直流電壓580 V，調(diào)制頻率5 kHz，并且保持濾波電容C1 為20 μF且總電感值L1 + L2 為2.5 mH 不變的情況下，通過改變L1 ，L2 的參數(shù)進行相關(guān)比較實驗，分別得到了逆變電壓以及并網(wǎng)電流的波形圖如圖3所示。

圖3 實驗波形

通過上述實驗可以明顯看出在濾波電容、總電感值不變的情況下，當濾波電感L1 大于L2 的時候相比L2 大于L1 時所設(shè)計的LCL 濾波器的實際性能更加優(yōu)越，即逆變器逆變輸出電壓以及并網(wǎng)電流的電能質(zhì)量更加優(yōu)化。

4 結(jié)語

本文根據(jù)LCL濾波器L1 + L2 ，C2 兩者之間的關(guān)系，提出了一種在濾波電容以及總電感值較低且不變的情況下，通過改變?yōu)V波電感L1，L2 的值設(shè)計出滿足并網(wǎng)要求且諧波抑制最為顯著的濾波器。最后在10 kVA的單相并網(wǎng)逆變器樣機上驗證了當濾波電感L1 大于L2 的時候，LCL濾波器的實際性能更加顯著。