1引言

基于L型濾波器的逆變器，系統結構較為簡單，控制器設計較為容易，但是濾波器效果有限，為了輸出電流諧波含量較低，其電流環PI調節器參數設計的非常準確；采用LCL濾波器，在逆變器并網工作時可獲得較好的濾波效果，但是系統復雜成本高。

2.LC型濾波器的設計方法

變流器并網用于光伏發電或者作為變頻器帶載工作時，為了降低電壓電流輸出諧波，得到比較理想的正弦波，常采用采用LC低通濾波器消除開關頻率附近的高次諧波，如圖2-1所示。一般而言，SPWM逆變器的輸出LC濾波器的截止頻率遠遠低于開關頻率。根據研究發現，濾波器的截止頻率選擇在開關頻率的1/10~1/5對高次諧波具有明顯的衰減作用。

并網時，LC濾波器的濾波電容可以忽略，其并網電流Igrid與并網逆變器的輸出電壓Unet的傳函與光伏逆變器采用L型濾波器并網時的傳函一樣。LC濾波器電容C越小，在并網時越可以把濾波電容C對并網時的影響忽略掉。設計中可以取較大的C，對負載穩壓越有利，但吸取的基波電流也大，可能加重逆變器的電流負載。從逆變器輸出阻抗的角度看，LC濾波器中的電感應盡量小，因為它決定低頻時逆變器的輸出阻抗。但是，這樣會增加濾波電感的諧波電流，而且為了獲得同樣的濾波效果必須增大濾波電容。

3.LCL濾波器參數設計

對于LCL濾波器設計應用，我們能夠通過計算、仿真甚至實驗來直觀的感受到LCL對比于LC的優點，那就是對于高頻濾波效果好，且在同樣濾除諧波和較低開關頻率的條件下，LCL的濾波電感值要求更低。

LCL濾波器的諧振頻率表示為fres。由于LCL濾波器容易被開關頻率附近的高次諧波引起諧振，所以諧振頻率fres應該和功率器件的開關頻率相差較大。一般諧振頻率應小于0.5fsw，但是也不能太小，否則LCL濾波器也會將低頻諧波電流放大，從而引起系統不穩定。

由圖3-1LCL電路拓撲可以計算出網側電流與橋臂側電壓的傳遞函數為：

從公式(3-1)和圖3-2可以看出，LCL濾波器的這種諧振特性是由于較低的系統阻尼所導致的。

由于PWM變流器交流網側側輸出的電流中含有大量諧波，為避免系統諧振發生，一般情況下讓諧振頻率fres、基波頻率fn和開關頻率滿足以下關系才可以獲得較好性能：

LCL濾波器與LC濾波器相比，系統由二階變為三階，參數選擇設計更加復雜。由于選擇網側電感、交流側支路電容和交流側電感的參數對獲得較好的濾波性能和電流響應特性都有重要影響。LCL濾波器的參數設計不合理時不僅達不到預期的濾波效果，而且還會使電流發生畸變，甚至會影響系統穩態性能。

4.LCL阻抗設計

為了增加濾波器的阻尼特性，我們采取了在電容支路上串聯電阻的方案，如圖4-1所示。

可求出式Xc的值為0.456，這里近似為0.5。

根據阻尼電阻Rd和電容容抗Xc的關系，得出Rd的參數值顯示表為5-1所示。

表5-1Rd參數選值

經過試驗驗證，反推Rd，這里取Rd值分別為0、0.114、0.152、0.301、0.502。針對不同的Rd取值，分別列出5個傳遞函數：

新的傳遞函數中有了電阻Rd參數，通過不同Rd測試，可以改變濾波器諧振頻率點和振峰幅度，見BODE圖5-1所示。從圖中可以看出，如果頻寬中包含了截至頻率或其附近頻率，需要考慮增加阻尼電阻；

當考慮阻尼電阻時，其選取參數需要考慮L與Lg的感抗比例匹配；同時從圖一中還可以看到，Rd增大一方面使得振峰削弱，但是增益衰減度也降低了。從圖中可以看出，Rd=0.114Ω和0.152Ω時，振峰和增益衰減度兼容性最好。

6結論

從阻尼特性來說，未加入阻尼電阻時，傳遞函數存在諧振峰值；當加入阻尼電阻后，隨著其值的增加，諧振峰值逐漸衰減。而從傳遞函數整個頻率段的傳遞特性來看，阻尼電阻的加入，高頻衰減特性雖沒有改變，但是系統系統的低頻特性發生了很大的變化，即橋臂電壓對網側電流的傳輸比隨阻尼電阻的增加而減弱，這會影響系統的控制性能。在選取阻尼電阻R時，我們要本著兩點考慮：

1、諧振峰值盡可能小；

2、低頻諧波衰減盡可能大；

綜合以上兩點考慮，擇優選取Rd值。當然在實驗中，如果發生這種諧振還要根據具體調整R值，觀察實驗效果才能定奪，因為在系統環路中，寄生參數是我們沒有考慮進去的。