光伏并網(wǎng)逆變器輸出的并網(wǎng)電流中含有大量的諧波，這些諧波會導(dǎo)致電能質(zhì)量的惡化，繼而引發(fā)大規(guī)模的事故。因而濾波器的設(shè)計對于改善電能質(zhì)量尤為重要。就現(xiàn)階段而言，LCL濾波器的設(shè)計方法也層出不窮。文獻(xiàn)[1]提出了分裂電容法，將LCL型濾波器的中間旁通電容分成并聯(lián)的前后兩部分，取兩電流的加權(quán)平均值的方法；文獻(xiàn)[2]根據(jù)濾波器的限制條件來確定具體參數(shù)范圍，但是具有很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性不利于設(shè)計；利用被動阻尼比的方法進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證等均存在相應(yīng)的缺點(diǎn)。

 

本文依據(jù)LCL 型濾波器中濾波總電感值L1 + L2 與濾波電容C2 兩者之間的關(guān)系提出了一種在濾波電容以及總電感值較低且不變的情況下，通過改變?yōu)V波電感L1 ，L2 的值即當(dāng)濾波電感L1 大于濾波電感L2 時設(shè)計出滿足并網(wǎng)要求且諧波含有量較少的濾波器。并且通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在濾波電容以及總電感值較低且不變的情況下，濾波電感L1 大于濾波電感L2 的濾波效果明顯優(yōu)于濾波電感L2 大于濾波電感L1 所設(shè)計的LCL濾波器。

 

 

圖1 為三相并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，iPV 為直流電流，Cdc 為直流母線電容，Ud 為直流母線電壓；VT1~VT6為三相逆變的6個IGBT橋臂。R1 ，R2 分別為兩側(cè)濾波電感的內(nèi)阻。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中LCL型濾波器的傳遞函數(shù)可以表示為如下：

 

由于LCL濾波器在抑制諧波方面效果顯著，故本文就LCL濾波器的參數(shù)性能進(jìn)行相關(guān)比較，最后設(shè)計出一種滿足并網(wǎng)要求且諧波抑制最為顯著的濾波器。依據(jù)圖1所示的并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中濾波電感L1 、L2 和濾波電容C2 ，通過Matlab 仿真得到LCL 型濾波器中濾波總電感值L1 + L2 與濾波電容C2 兩者之間的關(guān)系如圖2 所示，并且可以看出：在濾波電容C2 值越大的時候，L1 + L2 總電感量值越小。

圖1 三相并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2 濾波器中C2 與L1 + L2 之間的關(guān)系

 

依據(jù)上述仿真結(jié)果，本文在保持濾波電容、總電感值較小且不變的情況下，通過改變L1 ，L2 進(jìn)行相關(guān)性能比較，最后提出在濾波電容C2 值以及L1 + L2 總電感量值不變的情況下，L1 電感值大于L2 電感值的時候，此時LCL濾波器的性能達(dá)到最優(yōu)。并且依據(jù)濾波器的限制條件對濾波器的參數(shù)進(jìn)行如下設(shè)計：

 

（1）諧振頻率可以表示為：

 

在額定容量10 kVA的單相并網(wǎng)逆變器樣機(jī)上其電路拓?fù)淙鐖D1所示，給定電網(wǎng)額定電壓230 V，直流電壓580 V，調(diào)制頻率5 kHz，并且保持濾波電容C1 為20 μF且總電感值L1 + L2 為2.5 mH 不變的情況下，通過改變L1 ，L2 的參數(shù)進(jìn)行相關(guān)比較實(shí)驗(yàn)，分別得到了逆變電壓以及并網(wǎng)電流的波形圖如圖3所示。

 

圖3 實(shí)驗(yàn)波形

 

通過上述實(shí)驗(yàn)可以明顯看出在濾波電容、總電感值不變的情況下，當(dāng)濾波電感L1 大于L2 的時候相比L2 大于L1 時所設(shè)計的LCL 濾波器的實(shí)際性能更加優(yōu)越，即逆變器逆變輸出電壓以及并網(wǎng)電流的電能質(zhì)量更加優(yōu)化。