并网逆变器滤波器的设计

1.3 从同步发电机到逆变器并网的锁相环使用与设计

此篇笔记详述了同步发电机并入电网时的锁相环使用与设计，以及逆变器并网的同步要求。同步发电机并网时，需要满足四个条件：频率一致，电压幅值、波形和相序匹配。其中，相序和幅值调整相对容易，而频率和相位的同步相对较难，实验中通过暗灯法和灯光旋转法实现。

逆变器并网时，其桥臂电压矢量需与电网合成矢量重合，这就需要利用锁相环技术。锁相环通过锁定电网侧合成向量的角频率和相位，确保逆变器输出与电网同步。该技术涉及鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，通过反馈机制调整输出以达到锁定相位和频率的目的。

锁相环的基本构造包括输入信号检测相位差并进行调节，鉴相器、环路滤波器与压控振荡器协同工作。通过PI控制器和积分器的设计，实现对相位的精确跟踪，同时也体现了环路滤波器和压控振荡器的功能。维纳方法是参数调节的常用策略，通过优化系统阻尼和带宽，计算出控制器参数。

在仿真过程中，尽管理论上可以通过计算得出锁相环的值，但在实际操作中，考虑到计算复杂性、实时性和计算机处理限制，使用锁相环控制是必要的。这反映出锁相环技术在实际应用中的灵活性和优势。

滤波电感滤波电感的设计

在全桥逆变器设计中，输出滤波电感的选择至关重要。为了确保功率因数为1和正弦波形输出，电感值的选取需考虑两个关键因素：

1. 电流波纹系数：电感决定了输出电压波形的纹波大小。根据电感的伏安关系，当输出电压处于峰值时，电流波纹最大。设开关周期为T，占空比为D，计算公式为（5-18）。在实际系统中，需要通过这个公式确定滤波电感的值，以保证电流纹波在可接受范围内。

2. 逆变器矢量三角形关系：滤波电感还与逆变器的基波幅值有关。根据正弦脉宽调制理论，通过调制比计算电感的取值范围。在设计过程中，通常选择稍大于下限值的电感，以考虑实际应用中的限制，如电感体积和成本。

除了滤波电感，输入电容的设计也必不可少。输入电容与光伏阵列和逆变器间的分布电感组成低通滤波器，减少电压波动对逆变器的影响。经验上，输入电容的值通常选择。

功率因数和工作频率也是并网逆变器设计时要考虑的。逆变器应保持一定的功率因数，如输出大于额定输出的20%时，平均功率因数需大于0.85。此外，逆变器需与电网同步运行，交流输出频率允许偏差不大于电网额定频率。

最后，逆变器的直流分量和电磁发射要求也需要满足标准，确保正常工作环境下的电磁兼容性。太阳电池阵列和逆变器的输出功率模型则根据特定的数学模型来描述，考虑了辐射强度、温度变化和温度系数等因素。

以上是滤波电感设计时的主要考虑因素和相关计算，这些因素共同确保了逆变器的稳定和高效运行。

逆变器滤波器设计研究（LCLLC滤波器*****）

前言

提出一种新型的LCLLC滤波器及其参数设计方法，以解决传统LLCL滤波器在二倍及其以上倍数开关频率电流谐波衰减速率低的问题。所提滤波器不仅具备旁路开关频率谐波电流、减小电网电流谐波的能力，还具有较强的参数鲁棒性。

传统的LLCL并网逆变器输出滤波器

优点：串联谐振支路可以旁路开关频率谐波电流，减小电网电流谐波。

缺点：对二倍及其以上倍数开关频率的电流谐波衰减速率低，转折储幅频特性不陡峭。

新型的LCLLC滤波器

优点：不仅旁路开关频率谐波电流、减小电网电流谐波，还对二倍及其以上倍数开关频率的电流谐波衰减快。

滤波器设计现状

随着逆变器的发展和电能质量要求提高，滤波器研究成为热点。LCL滤波器以其体积小、成本低、高频电流谐波衰减度高而广泛应用。然而，若要满足电网对高次谐波的要求，通常需要加大滤波器参数，增加逆变器成本。为此，业界提出LLCL型并网滤波器拓扑，通过增加LC串联谐振支路旁路开关频率谐波电流，大幅减小并网电流中的开关频率谐波。相较于传统LCL滤波器，LLCL滤波器在成本方面可忽略不计，但滤波性能有所提升，具有广阔的应用前景。

LLCL滤波器及其特性研究

LLCL滤波器在串联谐振支路旁路逆变器开关频率谐波电流方面表现良好，但在高频段谐波衰减速率仅为-20 dB/十倍频程，导致其二倍开关频率电流谐波衰减度不够，难以满足电网标准要求。

LCLLC滤波器LCLLC滤波器提出

为满足电网标准对高次谐波的要求，提出LCLLC滤波器，结合LCL滤波器和串联谐振支路的优点，保留了旁路开关频率谐波电流的优点，同时克服了LLCL滤波器高频衰减速率低的缺点。LCLLC滤波器在开关频率处有一个负的谐振峰，有效滤除一次开关频率处谐波，高频段谐波衰减速率高达-60 dB/十倍频程。

滤波器对比研究

通过仿真和实验对比了LCL、LLCL和LCLLC三种滤波器，结果表明LCLLC滤波器在满足电网标准要求的开关频率及其整数倍频率谐波幅值方面表现最优，同时具有较好的滤波性能和参数鲁棒性。

实验验证

搭建5 kW三相并网逆变器实验样机，分别测试了使用LCL、LLCL和LCLLC滤波器的情况，结果证实LCLLC滤波器在满足电网标准要求的同时，具有最佳的滤波效果和参数鲁棒性。

光伏并网逆变器自身带滤波器怎么补偿谐波呢

嘿嘿，好问题！

在我们公司从事无功补偿设备研发、生产、销售的31年里，天天都有用户向我们咨询，但是像你提出的这样有深度的问题，还真不多。这样：

光伏逆变器，自身具有的无功补偿功能，主要是补偿逆变器的，没有太多的能力去补偿电网的无功功率，它只是做到上网时，不给电网注入无功功率，或吸收无功功率。而且这种补偿，也不是传统的方式，是纯电子方式，也就是通过类似逆变的原理，使上传电网的电能，功率因数尽量接近1.00。从而不对电网造成不良影响。

你说的滤波器，我理解是逆变器内部的滤波器，这是逆变器的组成部分之一。这个滤波器是为了把逆变器产生的谐波滤除掉，使PWM工作的逆变器产生的谐波，不要传导到电网，不污染电网而已。它同样对电网的谐波无能为力。在逆变器与电网的接入点，如果电网有较强的谐波，反过来可能会把逆变器搞坏。

谐波，是电网的大敌，电网发电输电时，自己产生的谐波不多，谐波绝大多数都是用户产生的，比如：电力机车（包括高铁地铁等），电弧冶炼炉，铝厂的电解槽，大功率焊接机，等等，都是强大的谐波源，它们工作时，都会给电网注入大量谐波，影响电网及其它用户。

所以，电网对用电设备是有要求的，特别对于要产生大量谐波的企业，多会要求企业做谐波治理，禁止谐波注入电网。

多说几句哈：

如果你是光伏设备用户，要注意因为逆变技术及行业很成熟，做逆变器的元件也很成熟，所以大量的小厂甚至路边小电器店也一哄而上，这个是很要命的事情，因为行业的技术成熟，不代表生产者的工艺和技术成熟，不代表生产者使用的元件和材料合格，特别是大量低价山寨的逆变器充斥市场，价格看上去很诱人，但是一次损坏就够你受的了。千万不要用山寨产品哈。

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