基于空间矢量脉宽调制的三电平逆变器滤波器参数设计

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1、基于空间矢量脉宽调制的三电平逆变器滤波器参数设计张国荣，李讯，周同路（合肥工业大学教育部光伏工程中心，合肥230009）摘要：基于LCL滤波器的三电平并网逆变器被越来越多地应用到高电压大功率场合，LCL滤波器具有高频阻带性能好、低频补偿能力强等优点，但参数确定难。LCL参数设计的关键在于桥臂侧电感的设计，该文在建立了三电平并网逆变器数学模型的基础上，考虑单位功率因数正弦波电流控制，结合三电平的空间矢量脉宽调制（spacevectorpulsewidthmodulation，SVPWM）特性，得到桥臂侧纹波电流的变化

2、规律，求得最大纹波电流，工程上要求最大纹波电流需要小于0.2倍的峰值电流，据此可以给出桥臂侧电感的设计范围。之后，考虑LCL的谐振影响并且将无功损耗限制在5%的系统额定功率，设计了滤波电容；取纹波电流衰减率为20%，设计了网侧电感。仿真和试验验证了所提出方法的正确性和可行性。关键词：滤波器；脉宽调制；电流；三电平；并网逆变器doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.19.026中图分类号：TM47文献标志码：A文章编号：1002-6819(2014)-19-0214-08张国荣，李讯，周同

3、路.基于空间矢量脉宽调制的三电平逆变器滤波器参数设计[J].农业工程学报，2014，30(19)：214－221.ZhangGuorong,LiXun,ZhouTonglu.ParameterdesignofLCLfilterforthree-levelconverterbasedonspacevectorpulsewidthmodulation[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),20

4、14,30(19):214－221.(inChinesewithEnglishabstract)波电流抑制要求的a相桥臂侧电感设计方法，该方法简便、直观，但是忽略了三电平具有3种开关状态的特性，导致设计的电感值不是非常合理；文献[10]分析得出三电平LCL滤波器总电感量在相同的滤波效果情况下大概是单L滤波器电感量的1/3，从单L滤波器着手设计了LCL参数，具有一定的实用性，但是文章关于纹波电流的分析上也存在开关状态考虑不全的问题；文献[11-12]考虑开关函数变化最大的情况下求得纹波电流最大值，结合工程上对纹波电流

5、的要求，设计了总电感，该方法设计的电感能很好地满足滤波要求，但是该方法在纹波电流的考虑上使设计的电感偏大。本文在上述文献研究的基础上，结合三电平并网逆变器的数学模型，针对三电平空间矢量脉宽调制（spacevectorpulsewidthmodulation，SVPWM）的特点，对桥臂侧电感的纹波电流进行着重的分析，得出了桥臂侧电感的设计范围。之后，考虑LCL的谐振影响和网侧电流对纹波电流衰减的要求，设计了网侧电感和电容参数。最后，用仿真和试验加以验证。0引言三电平拓扑结构自面世以来，由于其耐压等级高、开关器件承受应

6、力小、输出谐波含量低，被越来越多地应用到高电压大功率场合[1-2]。输出滤波器的设计直接关系到输入电网的电流波形质量，用LCL滤波器替代L滤波器已经成为当前研究的热点，相比于L滤波器，LCL滤波器一般具有三阶的低通滤波特性，因而相对于同样的谐波标准和较低的开关频率，可以采用相对较小的滤波电感设计，因而可以有效地减小系统的体积，并降低损耗[3-6]。然而，LCL滤波器也存在自身的缺陷，比如参数设计困难，尤其是三电平并网逆变器存在着与两电平并网逆变器不同的调制方法，不一样的纹波电流，更加大了设计难度[7-8]。关于三电

7、平LCL参数的设计问题，国内外有些学者提出了自己的方法。文献[9]提出了当a相的开关函数由0变为1时，在电流过零处满足快速跟踪要求和在峰值处满足纹收稿日期：2014-07-25修订日期：2014-09-28基金项目：广东省引进创新科研团队计划资助（2011N015）；国家863高技术基金项目（2011AA05A107）作者简介：张国荣，男，江苏张家港人，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电能质量控制技术，储能系统中的电力变换技术，光伏发电技术。合肥合肥工业大学教育部光伏工程中心，230009。Email：zha

8、nggrcao@163.com1三电平并网逆变器的建模图1为基于LCL滤波器的三电平并网逆变器的主电路拓扑图。第19期张国荣等：基于空间矢量脉宽调制的三电平逆变器滤波器参数设计2152三电平LCL参数设计2.1总电感的设计稳态条件从输出有功功率的能力考虑，三电平并网逆变器的总电感量（L+Lg）应予以限制[10]，其工作在单位功率因数下对总电感的约束条件是：M