光伏并网逆变器交流侧滤波器的结构优化

光伏逆变器工作于高频（PWM）模式，高开关频率会产生对电网谐波污染，其输出电流会对电网产生严重的谐波污染。传统的电网侧滤波器为L滤波器，如图5-5所示，由电感L将高频电流谐波限制在一定范围之内，减小对电网的谐波污染。

但随着功率等级的提高，特别是在中高功率的应用场合，开关频率相对较低，要使电网侧电流满足相应的谐波标准所需的电感值太大。这不仅使电网侧电流变化率下降，系统动态响应性能降低，还会带来体积过大、成本过高等一系列问题。如果采用一般的LC滤波器，虽然其结构和参数选取简单，但无法抑制输出电流的高频纹波，容易因电网阻抗的不确定性而影响滤波效果。采用LCL的结构比LC结构有更好的衰减特性，对高频分量呈高阻态，可以抑制电流谐波，并且同电网串联的电感L还可以起到抑制冲击电流的作用。要达到相同的滤波效果，LCL滤波器的总电感量比L和LC滤波器小得多，有利于提高电流动态性能，同时还能降低成本，减小装置的体积重量。在中大功率应用场合，LCL滤波器的优势更为明显。LCL滤波器的原理图如图5-6所示。

图5-5 L滤波器示意图（以单相为例）

图5-6 LCL滤波器原理图

根据图5-6可得

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式中，U_i为逆变器输出电压；U_g为网侧电压；u_c为电容电压；i₁为逆变器输出电流；i₂为网侧电流；i_c为电容电流。

由于LCL滤波器在低频时的表现性能和纯电感L滤波器相近，其中电感L=L₁+L₂，容易得到网侧电流I₂和逆变器输出电压U_i之间的传递函数为

LCL滤波器参数的设计有很多种方法，不同的选取方法有不同的效果，直到现在这仍是一个重要的研究方向。本书给出一种常见的设计方法。根据电流纹波计算L₁+L₂，在低频LCL滤波器可简化成电感值为L=L₁+L₂的单电感滤波器，故可以用单电感L滤波器结构计算L₁+L₂的近似值。单电感L滤波器电感选取有三种原则，分别是功率指标、谐波抑制指标以及瞬态跟踪指标，其具体的设计方法可参看相关参考资料，这里不多赘述。在计算出L以后，根据L=L₁+L₂再确定L₁和L₂。不同的文献对L₂值的选择不同，一般取L₂=L₁或L₂=0.5L₁。工程上往往利用并网变压器的漏感作为L₂，而不再单独设置。线路电抗也要折算到L₂中。在电容和电感的选择上必须达到一定的平衡。电容越大，则流入电容的无功电流越大，致使电感电流和开关管电流也越大，从而降低效率。电容越小，则电感需要增大，使得电感上的电压降增大。

滤波器的截止频率f应满足如下条件：

式中，f_c为逆变器输出脉冲频率。