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三相并网逆变器的LCL滤波器设计

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第 44 卷第 11 期 2010 年 11 月
电力电子技术
Power Electronics
Vol.44 ， No.11 November 2010
选取 Cf 吸收 2% 无功功率， 可得 Cf =2% Pn/ （ 3× 2 ， 计算得 Cf=20 μF 。 2πfug ） LCL 滤波器的电感上压降不超过电网线电压 有效值的 10% 。 纹 Lf 可参考传统单 L 滤波器设计 。 波电流一般限制为 10% ～25% ， 这里取 20% ， 即： Δi = Udc ≤20% In 8Lf fs
基 金 项 目 ： 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （ 973 计 划 ） （ 2007CB210303 ） 定 稿 日 期 ： 2010-07-08 作 者 简 介 ：魏 星 （ 1986- ）， 男 ， 江 苏 淮 安 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 研究方向为功率变换器和并网逆变器等。
设谐振频率 fres 的限制条件为： 10f ≤fres ≤fs/2 。 一般 R 取值为谐振频率处容抗的 1/3 ，即 R =2π · 计算得 R =2 Ω 。 fresCf /3 ， 3.2 LCL 滤 波 器 与 单 L 滤 波 器 滤 波 性 能 对 比 Lf+Lt） /（ LfLtCf）/ LCL 滤波器的谐振频率 fres= 姨（ （ ， 根据设计参数可得 fres=1.43 kHz 。 2π） 单 L 、 无阻尼 LCL 及被动阻尼 LCL 滤波器的 并网逆变器进网电流与逆变器桥臂中点输出电压 的传递函数分别为： （） 1 （ G1（ s） = ig1 s = 3 6） u（ s） s Lf LtCf +s（ Lf +Lt） s）= 1 （ G2（ s） = ig2（ 7） u（ s） sL s）= RCf s+1 （ Gd（ s） = i（ 8） u（ s） Lf LtCf s3+（ Lf +Lt） RCf s2+（ Lf +Lt） s 当 LCL 滤波器总电感值与单 L 滤波器电感值 相等， 即 L = Lf + Lt 时， 波特图如图 3 所示 。 由图可 见， 低于谐振频率段 LCL 和单 L 滤波器幅值特性 曲线基本相似， 均以 20 dB/dec 衰减 。 高于谐振频 率段 LCL 滤波器的幅值特性曲线以 60 dB/dec 衰 减，而单 L 滤波器仍以 20 dB/dec 衰减 。 因此当 LCL 总电感值与单 L 电感值相同时， LCL 滤波器
综合考虑后，在此采用被动阻尼的 LCL 滤波 器， 通过详细对比其与单 L 滤波器的滤波效果， 给 出了设计方法；分析了被动阻尼对整个系统稳定 性的影响，最后通过实验验证了理论分析的正确 性， 该设计具有较高的工程应用价值 。
2
三相并网逆变器数学模型及控制
图 1 示出采用被动阻尼 LCL 滤波器的三相并 网逆变器，采用基于 d ， q 同步旋转坐标系的电压 定向控制策略， 使用空间矢量脉宽调制， 忽略电感 及线路电阻 。 由 于 进 网 电 流 iga ， igb ， igc 基 波 分 量 对 LCL 滤 波器而言是低频分量， 而且滤波电容 Cf 支路仅对 高频分量具有低通特性，因此在确定控制参数 时， 滤波电容支路可以忽略， 仅在分析系统稳定 性时才考虑其对系统的影响 。 为便于分析， 在分 析变换器的低频数学模型前作如下假设： ① 电网 电压 uga ， ugb ， ugc 为三相对称的纯正弦波； ② 电感 电容均为理想器件； ③ 开关管均为理想器件， 忽 略死区时间 。 13
3
3.1
LCL 滤波器设计与分析
LCL 滤 波 器 的 设 计 LCL 滤波器参数设计方法繁琐，需反复校验[5]， 在此给出一种简单易行的方法 。 设计一台额定容
量 Pn=30 kVA 的三相并网逆变器工程化样机 。 开 关频率 fs=5 kHz ， 电网电压 ug=220 V 。 Udc=700 V ， 14
第 44 卷第 11 期 2010 年 11 月
电力电子技术
பைடு நூலகம்
Power Electronics
Vol.44 ， No.11 November 2010
三相并网逆变器的 LCL 滤波器设计
魏 星， 肖 岚， 姚志垒， 龚春英
210016） （ 南京航空航天大学， 自动化学院，江苏 南京
摘 要： 但无阻尼时易使系统谐振， 给系统的稳定性控制带来困难 。 在建 LCL 滤波器正广泛应用于并网逆变器，
逆变器侧电流纹波 。
（ 5）
图1
采用被动阻尼 LCL 滤波器的三相并网逆变器
式中： 和 i（ 分别为开关频率处的进网电流纹波和 ig （ hs） hs）
设 L = Lf + Lt ， 由以上假设可得到不考虑滤波电 容支路时的状态方程为： ua uga iga （ 1） ub = L d igb + ugb dt uc igc ugc ， 旋转坐标系下各控制量均为交流 由于 a ， b c 量， 控制比较复杂， 因此将式（ 经 过 a， 1） b， c/d， q 的坐标变换可得 d ， q 同步旋转坐标系下的三相并 网逆变器的状态方程： i 0 - ωL i u u =L d L L +L +L L L L L L L dt i u ωL 0 i u
使用被动阻尼抑 立三相并网逆变器数学模型的基础上， 采用基于 d ， q 同步旋转坐标系的电压定向控制策略， 制谐振 。 给出了被动阻尼 LCL 滤波器的设计方法， 详细分析并比较其与单 L 滤波器的滤波效果， 并分析了被动 阻尼的选取对系统稳定性的影响， 最后通过实验验证了设计 。
关 键 词： 并网逆变器；滤波器；谐振；被动阻尼 中图分类号 ：TM464 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000-100X（ 2010） 11-0013-03
图3 无阻尼 LCL 、 被动阻尼 LCL 与单 L 滤波器波特图
若 使 LCL 与 单 L 滤 波 器 达 到 相 同 的 滤 波 效 果， 联立式（ ， （ 可得 L=ω2LfLtCf+（ 。 将 fres 6） 7） Lf+ Lt） 公式代入可得在谐振频率处 L=2（ 。可见， 谐 Lf+ Lt） 振频率处相同的谐波衰减要求下，单 L 的电感值 是 LCL 总 电 感 值 的 2 倍 。 因 此 在 相 同 谐 波 衰 减 下， LCL 滤波器总电感值要比单 L 滤波器的电感 值小得多， 有效地减小了电感的体积重量 。 3.3
d q d q d q gd gq
衰减率一般取 20% 以下 。 开关频率处纹波电 流衰减率与 r 之间的关系曲线如图 2 所示 。 取 r = 此时纹波电流衰减为 5%， 0.6， Lt=1 mH。
（ 2）
图2
开关频率处纹波电流衰减与 r 的关系曲线
式中： ω =2πf ， f 为电网频率 。
式（ 可简化为： 2） Ldid/dt= ud+ ωLiq- ugd， Ldiq/dt= uq- ωLid- ugq （ 3） 式（ 即为并网逆变器在 d ， 3） q 同步旋转坐标 系下的低频状态方程 。 此时 d ， q 轴分量都是直流 量， 可以简化控制系统的分析和设计 。 而 d 轴耦合 到 q 轴的分量为 - ωLid，即 id 会影响 q 轴电压 uq， 同理， iq 会影响 d 轴电压 ud。因此需要对其进行解 耦控制 。令 Δud= ud+ ωLiq- ugd， 当以 Δuq= uq- ωLid- ugq， Δud 和 Δuq 作为等效控制变量时， id ， iq 相互独立， Δud 和 Δuq 为电流环 PI 调节器输出，此时 id， iq 实 现了独立控制 。控制器采用单电流环， 有功电流 id 控制进网有功功率，无功电流 iq 实现对功率因数 的控制 。 通过 id 与 iq 的解耦控制， 从而实现有功和 无功功率的独立控制 。
Design of LCL Filter for Three -phase Grid -connected Inverter
WEI Xing ， XIAO Lan ， YAO Zhi -lei ， GONG Chun -ying
（ Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ，Nanjing 210016 ，China） Abstract ： LCL filter is more and more widely used in grid -connected inverter.However ， it may result in instability easily due to resonance ， which makes it difficult for stability control without damping.Voltage oriented control strategy under the d ， q synchronization reference frame is adopted based on the mathematical model of the three -phase grid connected inverter using LCL filter with passive damping to inhibit the resonance.The design methods of LCL filter with passive damping are given and the characters and performances of an LCL filter compared with the L filter are the influences of system stability with different damping are analyzed.The experimental investigated.At the same time ， results effectively verify the design. Keywords ： grid -connected inverter ；filter ；resonance ；passive damping （ Foundation Project ： Supported by National Basic Research Program of China （ 973 Program） No.2007CB210303）

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三相并网逆变器LCL滤波器的简明设计

三相并网逆变器LCL滤波器的简明设计


ｓ ｌ ｉｎ ｉ Ｍａｌ ／ ｉ ｌ ｋ ａ ｄ ｒａｉ ｓｕ ｉ ｃｏ Ｏｂ ｒ －ｏ ｎ ｃｅ ． ｉ ａ ｏ ｔ ｂ Ｓｍｕｉ ｎ ｌ ｅ ｎｔ ｆ ｔｒｔ ｅｇ ｉ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ｍｕ ｔ ｎ ａ ｎ ｅ ｚ ｙ ａ ｄ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ＬＣＬ；ｇ ｉ — ｏ ｎ ｃ ｅ ｎｖ ｒ ｅ ；ｐ ｓ ｉ ｅｄ ｍｐ ｎ ｒ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｉ ｔ ｒ ａ ｓｖ ａ ｉｇ；ｒ ｓ ｎ ｎ ｅ ｄ ｅ ｅｏ ａｃ
。姗 商 ＝ 拥 碚
三 相 并 网逆 变 器 Ｌ Ｌ滤 波 器 的简 明 设计 Ｃ
孙 超 ， 以建 ， 刘 郑 野， 周雪梅 ， 刘 苟
（ 海海事大学 物流工程学 院， 海 ２１０） 上 上 ０ ３ ６
摘 要 ： Ｃ 波 器 以其 较 好 的 滤波 性 能被 广 泛地 用 于 并 网逆 变 器 ， 无 阻 尼 时 系统 产 生谐 振 ， 系统 的 稳 定性 控 制 Ｌ Ｉ滤 但 给
带来 困难 。文 中在建 立三相并 网逆 变器 数学模 型的基础上 ， 采用基 于 ｄ， ｑ同步旋转 坐标 系的 电网电压定 向控 制 策略 ， 利 用被 动 阻尼 抑 制 谐 振 提 高 了并 网逆 变 器 的稳 定性 能 。 文 中给 出 了被 动 阻尼 Ｌ Ｌ滤 波 器的 详 细 设 计 方 法 ， 比较 其 与单 Ｌ Ｃ 并
（ ｏ ｉｔ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｃｏｌ ｇ ，Ｓ ａ ｇ ａ ａ ｉｉ ｉｅ ｓｔ Ｌ ｇ ｓ ｉ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｌ ｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｎ ｈ ｉＭ ｒｔ ｍｅ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｙ，Ｓ ａ ｇ ａ ０ ３ ６，Ｃｈ ｎ ） ｈ ｎ ｈ ｉ １０ ２ ｉ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：ＬＣＬ ｆｌｅ ｓ ｗｉ ｅ ｙ ｕ ｅ ｎ ｇ ｉ－ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ｆ ｒ ｉ ｏ ｄ ｆｌ ｒｎ ｅ ｔ ｒ ｎ ｅ Ｂｕ ｎ ｅ ｈ ｎ ｉ ｒｉ ｔ ｄ ｌ ｓ ｄ ｉ ｒ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｉｖ ｒｅ ｏ ｔ ｇ ｏ ｉ ｅ ｉ ｇ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ． ｄ ｓ ｔ ｔｕ ｄ ｒｔ ｅｕ —
三相并网逆变器LCL滤波特性分析及控制研究

三相并网逆变器LCL滤波特性分析及控制研究

三相并网逆变器LCL滤波特性分析及控制研究一、概述随着可再生能源的快速发展，三相并网逆变器在分布式发电系统中扮演着越来越重要的角色。

由于并网逆变器产生的谐波会对电网造成污染，影响电能质量，滤波器的设计成为了一个关键问题。

LCL滤波器以其良好的滤波效果和较小的体积优势，在三相并网逆变器中得到了广泛应用。

LCL滤波器由电感、电容和电感组成，其特性分析对于优化滤波效果、提高电能质量具有重要意义。

本文将对三相并网逆变器LCL滤波器的滤波特性进行深入分析，包括其频率特性、阻抗特性等，以揭示其滤波机理和影响因素。

为了充分发挥LCL滤波器的优势，对逆变器的控制策略进行研究也是必不可少的。

本文将对三相并网逆变器的控制策略进行探讨，包括传统的PI控制、无差拍控制以及基于现代控制理论的先进控制策略等。

通过对不同控制策略的比较和分析，旨在找到最适合LCL滤波器的控制方法，以提高并网逆变器的性能和稳定性。

本文旨在通过对三相并网逆变器LCL滤波特性的分析和控制研究，为优化滤波效果、提高电能质量提供理论支持和实践指导。

这不仅有助于推动可再生能源的发展，也为电力电子技术的创新和应用提供了新的思路和方法。

1. 研究背景和意义随着可再生能源的快速发展和智能电网建设的深入推进，三相并网逆变器作为新能源发电系统与电网之间的关键接口设备，其性能与稳定性对于电力系统的安全、高效运行至关重要。

在实际应用中，并网逆变器产生的谐波会对电网造成污染，影响电能质量。

为了降低谐波污染，提高电能质量，LCL滤波器因其良好的滤波性能被广泛应用于三相并网逆变器中。

LCL滤波器作为一种典型的无源滤波器，能够有效地抑制并网逆变器产生的高频谐波，降低其对电网的污染。

LCL滤波器的引入也给并网逆变器的控制系统带来了新的挑战。

一方面，LCL滤波器的参数设计需要综合考虑滤波效果和系统稳定性另一方面，由于LCL滤波器固有的谐振特性，如果不加以控制，很容易引发系统振荡，影响逆变器的正常运行。

三相并网逆变器LCL滤波器参数优化设计

三相并网逆变器LCL滤波器参数优化设计

第35卷第1期2019年1月科技通报BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol．35No．1Jan．2019三相并网逆变器LCL 滤波器参数优化设计代莎，董秀成，彭柯，李浩然，陈庚（西华大学电力电子节能技术与装备重点实验室，成都610039）摘要：在相同电感值的情况下，LCL 滤波器相比传统的L 型滤波器对高频谐波抑制效果更为理想，并逐渐应用于大功率、较低开关频率的并网逆变器设备，但LCL 滤波器参数的设计仍存在计算复杂、准确性低、滤波性能差等不足。

基于此建立了LCL 型并网逆变系统的数学模型，综合考虑各个参数的约束条件，提出了采用粒子群优化算法来设计LCL 滤波器参数的方法。

仿真实验结果表明，采用优化算法的滤波器较传统设计方法更具有良好的谐波抑制能力，证明了该方法的正确性和优越性。

关键词：LCL 滤波器；并网逆变器；粒子群优化算法中图分类号：TN713文献标识码：A文章编号：1001－7119（2019）01－0186－05DOI ：10.13774/j．cnki．kjtb．2019.01.037Parameter Optimization Design of LCL Filter for Three-phase Grid-connected InverterDai Sha ，Dong Xiucheng ，Peng Ke ，Li Haoran ，Chen Gen（Key Laboratory of Power Electronics Energy Saving Technology and Equipment ，Xihua University ，Chengdu 610039，China ）Abstract ：In the case of the same inductance ，the LCL filter is more effective than the traditional L filter in suppressing the high frequency harmonics ，and it is gradually used in high-power and low-frequency of grid-connected inverter equipment．But present methods for parameters design of LCL filter have complex computation ，low accuracy and poor performance．Based on it ，the mathematical model of LCL type connected-grid inverter was constructed．Considering the constraints of each parameter ，a particle swarm optimization （PSO ）algorithm is proposed to design the parameters of LCL filter．Compared with the traditional design method ，Simulation results show that optimized filter has favorable ability of harmonic suppression ，and proves that the algorithm is correct and superiority．Keywords ：LCL filter ；grid-connected inverter ；particle swarm optimization algorithm 收稿日期：2018－02－07基金项目：四川省教育厅重大培育项目（13ZC0003）；四川省电力电子节能技术与装备重点实验室开放基金（szjj2014－013）；西华大学研究生创新基金（ycjj2017053）西华大学研究生创新基金（ycjj2017161）。

三相PWM逆变器输出LC滤波器设计方法

三相PWM逆变器输出LC滤波器设计方法

三相PWM逆变器输出LC滤波器设计方法一、本文概述随着可再生能源和电力电子技术的快速发展，三相PWM（脉宽调制）逆变器在电力系统中得到了广泛应用。

为了改善逆变器的输出波形质量，降低谐波对电网的污染，LC滤波器被广泛应用于逆变器的输出端。

本文旨在探讨三相PWM逆变器输出LC滤波器的设计方法，分析滤波器的主要参数对滤波效果的影响，为工程师提供一套实用的滤波器设计流程和指导原则。

本文将首先介绍三相PWM逆变器的基本工作原理和LC滤波器的功能特点，然后详细阐述LC滤波器的设计步骤，包括电感、电容参数的选取，滤波器截止频率的计算等。

接着，本文将通过仿真和实验验证所设计的LC滤波器的性能，分析滤波效果与滤波器参数之间的关系。

本文将总结滤波器设计的关键因素，并给出一些实用建议，以帮助工程师在实际应用中更好地设计和优化LC滤波器。

通过本文的阅读，读者可以全面了解三相PWM逆变器输出LC滤波器的设计原理和方法，掌握滤波器参数的选择和优化技巧，为提升逆变器输出波形质量和电网稳定性提供有力支持。

二、三相PWM逆变器基础知识三相PWM（脉冲宽度调制）逆变器是一种电力电子设备，用于将直流（DC）电源转换为三相交流（AC）电源。

它是许多现代电力系统中不可或缺的一部分，特别是在可再生能源领域，如太阳能和风能系统中。

了解三相PWM逆变器的基础知识是设计其输出LC滤波器的前提。

三相PWM逆变器的基本结构包括三个独立的半桥逆变器，每个半桥逆变器都连接到一个交流相线上。

每个半桥由两个开关设备（通常是绝缘栅双极晶体管IGBT或功率MOSFET）组成，它们以互补的方式工作，以产生所需的输出电压波形。

PWM控制是逆变器的核心。

它涉及快速切换开关设备，以便在平均意义上产生所需的输出电压。

通过调整每个开关设备的占空比（即它在任何给定时间内处于“开”状态的时间比例），可以精确地控制输出电压的大小和形状。

三相PWM逆变器的一个关键特性是它能够产生近似正弦波的输出电压。