三电平逆变器电流纹波分析和lcl滤波器设计

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1、第44卷第11期电力电子技术Vol.44，No.112010年11月PowerElectronicsNovember2010三电平逆变器电流纹波分析和LCL滤波器设计王付胜，邵章平，刘萍（合肥工业大学，安徽合肥230009）摘要：分析三电平逆变器并网运行时的电流瞬态过程，求得纹波电流的最大脉动。分析了LCL滤波器的滤波原理，证明在相同的滤波效果下，LCL滤波器的总电感约为L滤波器电感的1/3。根据功率条件和纹波抑制要求，确定L型滤波器的电感量，从而确定LCL型滤波器的总电感。在满足滤波要求前提下，使桥臂

2、电流谐波含量尽可能低，从而确定电感比和滤波电容。仿真和实验证明了所提设计方法的可行性。关键词：三电平逆变器；滤波器；电感比；电流谐波中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1000-100X（2010）11-0036-03AnalysisofCurrentRippleofThree-levelGridConnectedConverterandDesignofLCLFilterWANGFu-sheng，SHAOZhang-ping，LIUPing（HefeiUniversityofTechnolog

3、y，Hefei230009，China）Abstract：Themaximumripplecurrentisgiventhroughanalysisofthecurrenttransientprocess.TheprincipleofLCLfilterisanalyzed，anditisprovedthattheinductanceofLCLfilterisequaltoonethirdofthatofLfilterinthesit-uationofthesameeffect.Accordingtopo

4、werconditionandripplerejection，inductanceofLfilterisdetermined，soastoinductanceofLCLfilter.Whilesatisfyingthefiltereffect，convertercurrentharmonicisreducedaslowaspossibletodetermineinductanceratioandcapacitance.Thesimulationandexperimenttestifythisdesign

5、schemeisfeasible.Keywords：threelevelconverter；filter；inductanceratio；currentharmonic1引言一套基于DSP-CPLD为控制核心的实验平台，验证了所提三电平并网逆变器LCL滤波器设计方三电平并网逆变器耐压等级高、du/dt低、输法的可行性。出波形谐波含量低，是高电压大功率场合的应用趋势。在滤波器的选择上，考虑三电平并网逆变器2三电平并网逆变器纹波电流分析的应用特点，滤波器体积、造价等问题，采用LCL图1示出三电平变流器主电路

6、拓扑。滤波器。该滤波器设计的第一步是对电感总量的选取。已有相关文献介绍了基于两电平的总电感的设计，即根据功率条件设计电感上限，根据纹波抑制要求设计电感下限，但目前尚无三电平电流纹波的推导方法。在此分析了三电平逆变器并网运行时的电流瞬态过程，求得纹波电流的最大值，为下一步设计奠定基础。论证了在相同的滤波效果下，LCL滤波器的总电感仅为L滤波器电感的1/3，故先对L滤波器进行设计，以此作为选择总电感的依据，然图1三电平变流器主电路拓扑图后在满足网侧电流谐波要求的前提下，选择适当定义sk（k=a，b，c）为三

7、电平逆变器桥臂开关的电感比和电容，使得桥臂侧的电流谐波含量尽函数，即：可能低。最后建立了Matlab仿真模型，并搭建了!1，VSk1，VSk2导通#定稿日期：2010-10-09sk="0.5，VSk2，VSk3导通（1）#作者简介：王付胜（1976-），男，安徽池州人，讲师，研究方$0，VSk3，VSk4导通向为电机拖动及新能源。式中：VSk1～VSk4为k相桥臂的4个开关。36三电平逆变器电流纹波分析和LCL滤波器设计以a相负半周为例，当采用L滤波器时，设时，电网电压相当于短路，以a相为例，LCL滤

8、波VSa2在一个开关周期Ts内导通时间为Ton，关断时器可以等效成图3所示的谐波模型。间为Toff。因为纹波电流在正弦波电流峰值处最严重[1]，考虑电流峰值处一个T内的电流瞬态过程，s其波形如图2所示。U1（s）为a相桥臂侧谐波电压L1，L2为a相桥臂侧电感和网侧电感I1（s），I2（s）为a相桥臂侧和网侧谐波电流图3LCL滤波器谐波模型根据LCL滤波器的谐波模型，则有：图2一个开关周期的电流瞬态过程I2（s）=1=（s）3U1L1L2Cs