基于正弦脉宽调制的三电平逆变器中LCL滤波器设计.pdf

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1、第31卷2015笠第22期11月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．31No．22Nov．2015199基于正弦脉宽调制的三电平逆变器中LCL滤波器设计张国荣，於燕青，马催(合肥工业大学电气与自动化工程学院教育部光伏系统工程研究中心，合肥230009)摘要：三电平逆变器并网系统适应于高压大功率场合，宜采用LCL滤波器。相比L滤波器，LCL滤波器采用的滤波电感较小，能有效减小系统体积并降低损耗等。该文首先对基于正弦脉宽调制SPWM(sinusoidalpulsewidthm

2、odulaion)的三电平并网逆变器进行了详细的纹波分析。在保持同传统定义的三电平开关函数不变的基础上，将一个调制周期分4个时段，并对4个时段的纹波变化规律做具体分析，在忽略高频分量的开关模型下详细计算出桥臂侧电感与纹波电流幅值之间的关系；然后考虑网侧电感参数和电流衰减率之间的关系以及滤波电容参数的限制范围，计算网侧电感和滤波电容参数值；同时为抑制LCL谐振峰并兼顾系统损耗，采用无源阻尼法对电容串联电阻阻值进行选取。最后，通过仿真和试验证明了该方法的可行性。关键词：滤波器；逆变器；脉宽调制；三电平并网逆变器；纹波电流doi：10．11975，j．issn．100268

3、19．2015．22．027中图分类号：TM464；$24文献标志码：A文章编号：1002—6819(2015)一22—0199—08张国荣，於燕青，马催．基于正弦脉宽调制的三电平并网逆变器中LCL滤波器设计[J]．农业工程学报，2015，31(22)：199--206．doi：10．11975巧．issn．1002—6819．2015，22．027http：／／www．tcsae．orgZhangGuorong，YuYanqing，MaCui．DesignofLCLfilterforthree—levelgrid-connectedinveaerbasedonsin

4、usoidalpulsewidthmodulation[J]。TransactionsoftheChineseSocie够ofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2015，31(22)：199--206．(inChinesewithEnglishabstractldoi：10．11975巧．issn．1002—6819．2015．22．027http：／／www．tcsae．org0引言为了满足高压大功率系统的生产生活需求，三电平及多电平逆变器相对于传统两电平逆变器以如下优势得到广泛应用。首先电平数的增加改善了

5、输出波形的质量，从而减小谐波污染；其次虽然三电平导致功率器件数目增多，但每个器件所需的承受应力反而降低，从而节约成本【lJ。在大功率使用的前提下，三电平逆变器更适合使用LCL滤波器进行并网滤波。因为相比L滤波器，LCL滤波器具有三阶的低通滤波特性，所以在相同滤波标准和较低开关频率的情况下，可以设计出较小的滤波电感【2】，从而有效减小系统体积并降低损耗。近年来，如何设计滤波器的参数，成为LCL型滤波器应用中讨论的热点。Liserre等【3】详细介绍了并网逆变器LCL滤波器参数设计步骤和设计条件，但需要依赖经验和试凑才能得到结果。刘飞掣4]改进了Liserre等的设计方法

6、，通过分析找出一些可行的设计经验。郑听昕等(51中提出一种基于THD(totalharmonicdistortion)估算的LCL滤波器设计优化方法，将THD估算模型代替实际LCL滤波器模型进行试验设计。王百永等【6】将约束条件模型化，通过图解分析得到LCL滤波器的参数。滤波器设收稿Et期：2015—05—1I修订日期：2015—09—21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(2015AA050104)作者简介：张国荣，男，江苏张家港人，教授，博士生导师，博士，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，

7、光伏发电技术。合肥合肥工业大学，230009。Email：zhanggrcao@163．tom计方法在不同场合下有所差异，目前针对三电平并网逆变器的LCL滤波器研究也有一些进展。王付胜等【7J简要分析了三电平逆变器的电流纹波情况，选取LCL滤波器的参数，并采用SPWM调制方式进行了仿真试验验证，但是某些参数仍使用经验值。张国荣等【8]针对三电平SVPWM调制的特点，根据大中小矢量的作用时间分析了桥臂侧电感的纹波电流，得出了桥臂侧电感的设计范围。目前尚无文献对基于SPWM调制方式的三电平并网逆变器根据详细纹波分析进行LCL滤波器设计。本文将根据不同开关