滤波电感的设计

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.
1. 滤波电感的设计
在全桥逆变器中，输出滤波电感是一个关键性的元件，并网系要
要求在逆变器的输出侧实现功率因数为1，波形为正弦波，输出电流
与网压同频相同。因而，电感值选取的合适与否直接影响电路的工作
性能。对电感值的选取，可以从以下两个方面来考虑：
① 电流的波纹系数
输出滤波电感的值直接影响着输出纹波的大小，由电感的基本伏安关

系dtLdiV/可得：dttiTonfiLv0)( （5-14）
其中)(tvl电感两端电压，考虑到当输出电压处于峰值附近，即
Vv
Notmax
)(

时，输出电流波纹最大，设此时开关周期为T，占空比为

D,则有下式：

L
V
f
Nimax


（5-15）

另外，根据电感的伏秒平衡原理，我们可以得到，
TDDTVVVNdcN)1)((maxmax
（5-16）
于是求得，

V
VV
dc
NdcDmax



（5-17）

从（5-15）、（5-16）式可得，

V
VVV
L

dc
NdcNfiT)(maxmax

（5-18）
.
.
在本系统中，
,400,5.9,3112202

maxVAVVIVdcNN

开关管的

工作频率,125,8usTkHzf取电流波纹系数,15.0ri则由式（5-18）计
算可：

mHLf1.640015.05.910125)311400(3116


因此，要保证实际电流纹
,425.115.05.9Ai
Ir

Ni


则滤波器电

感满足
mH
L

f
1.6

。

②从逆变器的矢量三角形关系可知，
VILV
NNfo
j


（5-19）

于是，它们的基波幅值满足下式
VILV
NNfo
222

)(

（5-20）

由正弦脉宽调制理论可知，
VV
dco
m

（5-21）

其中，m为调制比，且,1m从而：
VV
IL

dcN
Nf
22
2
)(


（5-22）

于是，我们可以得到下式：

mHLf4.375.950222040022


综上，滤波电感的取值范围为
mHmH
L

f
4.361.6

。在实际设计

过程中，由于电感的体积、成本等因素的影响，一般只需考虑电感的
下限值，即取稍大于下下至即可。另外需要特别指出的是，以上的计
算是建立在额定输出电压，即
V
V

N
220

的基础上，考虑到实际情况
.
.
下网压的波动范围，在设计电感时最终选取电感值
mH
L

f
7

，电感的

额定电流为A11。

1.输入电容的设计
假设电网电压和电网的电流只含有基波分量并且相同，则注入到
电网的瞬时功率为：
)(2sin2tgrldgrldgrldPP

（5-24）
其中Pgrld是注入电网的平均功率，grld是角频率，t是时间。
因此，中间直流侧电压有小的脉动，同时由前述的Boost的光
伏阵列的输出电流是在直流之上叠加了一个高频分量。同时雷击等尖
峰电压和一些额外的因素引起的波动会对逆变器造成影响。因此有必
要设置输入电容，使其与光伏阵列与逆变器之间的导线上的分布电感
组成一个低通滤波，使各部分产生的干扰尽量不影响另一部分。
由经验值可得:输入电容的值一般取F500。
考虑到耐压，我们选取2个VF400/1000的电解电容进行串联。
由于电容的串联涉及到均压的问题，采用并联均压电阻的措施。采用
每组并联的电容上并联一个K100电阻，由三个WK1/33电阻串联组成。

5.3.3功率因数（PF）
当逆变器的输出大于其额定输出的20%，平均功率因数应不小
于0.85（超前或滞后），当逆变器的输出大于其额定输出的50%，平
均功率因数不应小于0.95（超前或滞后）。
.
.
一段时期内的平均功率因数（PF）公式：

PP
P
REACTIVEREAL
REAL
PF22

………………………………………（5）

式中：
E
REAL

——有功功率；

E
REACTIVE

———无功功率。

注1：在供电机构许可下，特殊设计以提供无功功率补偿的逆变器可超出此限制工作；
注2：用于并网运行而设计的大多数逆变器功率因数接近1。

5.3.5工作频率
逆变器并网时应与电网同步运行。逆变器交流输出端频率的允许
偏差为,5.0Hz电网额定频率为Hz50。
5.3.6直流分量
并网运行时，逆变器向电网馈送的直流电流分量应不超过其输出
电流额定值的0.5%或5mA,应取二者中较大值。
5.4.2发射要求
)a
在居住、商业和轻工业环境中正常工作的逆变器的电磁发射应

不超过GB 17799.3规定的发射限制；
)b
连接到工业电网和在工业环境中正常工作的逆变器的电磁发

射不应超过GB 17799.3规定的发射限制。
2.3太阳电池阵列输出功率数学模型
本文采用TRW太阳电池阵列输出功率数学模型[3,4]。任意太阳
辐射强度)(2cmmWR和环境温度)(CoaT条件下，太阳电池温度
)(C
o

c
T
.
.
为
R
TTT

cac


(21)

设在参考条件下，Isc为短路电流；Voc为开路电压；Im、Vm为
最大功率点电流和电压，则当光伏阵列电压为V，其对应点电流I为：













1121Vce
oc

V

sc
C
II

（22）

Vc
V
eocmIICscm2)/1(
1
（23）


)/1ln(/)1/(2IIVVCscmocm
（24）

考虑太阳辐射变化和温度的影响时，

DIVceocDVVscCII11
2

1
（25）

IRRRRDI
screfref
DT)1/()/(

（26）

DIRDT
DV
s


（27）

TTDT
refc


（28）

其中，Rref、Tref分别为太阳辐射和光电池温度参考值，一般分
别取为
2/1mKW和Co
25

;为在参考日照下的电流变化温度系数

（CAmpso/）;为在参考日照下的电压变化温度系数（CVo/）；Rs为
光伏阵列的串联电阻。
2.4逆变器输出功率数学模型
.
.
逆变器输出功率为
BPPP
outNLinout
/)(

（29）

其中，Pout为输出功率；Pin为输入功率；PNL为无载功率；
P

RO

为额定输出功率；Pout为常数，表明输入与输出间的关系，由下式决

定
PPPB
RONLRROout
/)/(


（30）

其中，R为逆变器的效率。