三相电压型PWM整流器LCL滤波器设计方法
三电平PWM整流器网侧LCL滤波器设计
深入 研 究 。
本 文 以三 电 平 Ｐ ＷＭ 整 流 器 为 研 究 对 象 ， 传 在
统 Ｌ Ｌ滤波 器参 数设 计 以及 稳 定 性控 制 的基 础 上 ， Ｃ 提 出 了三 电平 电压 型 Ｐ ＷＭ 整 流器 网侧 Ｌ Ｌ滤波 器 Ｃ
感 以及 阻尼 电阻 的设 计 与两 电平 Ｌ Ｌ滤 波器 Ｃ
基 本一 致 ， 大 的不 同之 处 在 于 整 流器 侧 电感 的 最 设计 ， 要考 虑 由于 电平 增加 带 来 的 电流 脉 动 变 化 需
对滤 波 电感 的影 响 。下面按 照 步骤设 计 三 电平 Ｌ Ｌ Ｃ
证 了 滤 波 器 的 优 良性 能 。 关 键 词 ：电 压 型 Ｐ ＷＭ 整 流 器 ；Ｌ Ｌ滤 波 器 ；三 电 平 Ｃ
中 图分 类 号 ： Ｍ４ Ｔ ６ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１０ ．０ ６ ２ １ ） １０ ５ －４ ０ ３３７ （ ０ ２ Ｏ —０ ６０
设 计方 案 ， 并通 过仿 真 和实 验 验 证 了所 提 出方 案 的
正确性 。
２ 三 电平 Ｌ Ｌ 滤 波 器 参 数 设 计 Ｃ
图 １ Ｌ滤 波 器 和 Ｌ Ｌ滤 波 器 幅 频 响 应 比较 Ｃ
Ｆｉ ．１ Ｃｏ ｇ ｍｐａ ｉｏ ｆａ ｐ ｉ ｅ ｆｅ ｕ ｎｃ ｅｓ ｏ ｅ ｒｓ ｎ ｏ ｍ ｌｔ ｕｄ － ｑ ｅ ｙ ｒ ｐ ｎｓ ｒ
Ｉ Ｌ滤 波器是 一 个 三 阶 的滤 波 系 统 ， 网侧 电 ， Ｃ 由
感 Ｌ ， 波 电 容 Ｃ ， 流 器 侧 电 感 ￡组 成 。 比较 Ｌ 滤 整
的 问题 ， 不少 学者 都 提 出 了 自己 的解 决 方 案 ， 而 ， 然 当前 关 于 Ｌ Ｌ滤 波 器 的 研 究 都 是 针 对 两 电平 变 换 Ｃ
三相电压型PWM整流器LCL滤波器优化设计
电能质 量 ・
低压 电器 （０ １ ｏ １ ） ２ １ Ｎ ．７
三 相 电压 型 Ｐ ＷＭ 整 流 器 Ｌ ＣＬ滤 波 器 优 化 设 计
丁 茂桃 ， 郑 连 清 ， 王学 亮
（ 重庆 大 学 输 配 电装备 及 系统安 全 与新 技 术 国家重 点 实验 室 ， 重庆
摘
４０ ４ ） ０ ０ ４
要： Ｃ Ｌ Ｌ滤 波 器 传 统 的 参 数 设 计 方 法 很 复 杂 ， 要 通 过 反 复 的 试 探 性 计 算 ， 需 并 丁 茂 桃 （ ９４ ） １８ 一 ， 男 ， 士研 究生 ， 硕 研 究 方 向 为 电 力 电 子
且参数达不到最佳 的滤波效 果 。提 出了应用遗 传算 法来设 计 Ｌ Ｌ滤 波器 的参数 。仿 Ｃ 真结果表明 ， 网侧 电流的 Ｔ Ｄ值 明显减小 ， Ｈ 遗传算法是一种更为有效 、 为简单的设计 更
Ｆｌ ｒ Ａ Ｆ 、 导储 能 （ ｕ ｅｃｎ ｕ ｔ ｇ ｅ ｃ ｉｅ， Ｐ ） 超 ｔ Ｓ ｐ ｒｏ ｄ ｃ ｒＭａｎ ｔ ｓ ｏ ｉ Ｅ ｅｇ ｙｔ ｎ ｒ Ｓ ｓ ｍ，Ｓ Ｅ ） 高压 直流 输 电 （ ｇ ｏ ． ｙ ｅ Ｍ Ｓ、 Ｈｉ Ｖ ｌ ｈ ｔ ａｅＤｒｃ Ｃ ｒ ｎ，Ｈ Ｄ 等 领 域 得 到广 泛 的应 ｇ ｉ ｔ ｕｒ ｔ Ｖ Ｃ） ｅ ｅ
（ ｔｔ Ｋｅ ａ ｏａｏｙｏ ｏ ｅ ｒｎ ｍｉｓ ｎ Ｅ ｕｐ ｎ Ｓａｅ ｙ Ｌ ｂ ｒ ｔｒ ｆＰ ｗ ｒＴ ａ ｓ ｓｉ ｑ ｉｍｅ ｔ＆ Ｓ ｓｅ Ｓ ｃ ｒ ｙａ ｄ Ｎｅ ｅ ｈ ｏｏｙ． ｏ ｙ ｔｍ ｅ ｕｉ ｎ ｗ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｔ
Ｃ ｏ ｇ ｉ ｎ ｅｓ ｙ Ｃ ｏｇ ｉｇ４ ０ ４ Ｃ ｉａ ｈ ｎｑｎ Ｕ ｉ ｒ ｔ， ｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ４， ｈｎ ） ｇ ｖ ｉ
三相电压型整流器的LCL型滤波器分析与设计
! 设计样例及分析
下面利用第!节中介绍的滤波器设计方法，对 滤波器进行设计。系统参数设为：额定有功功率 ( * ( ’ ’ + ,，电网线电压有效值 ) *. / ’ 0，直流电 压 *1 ，相电流峰值为, * "" ’ ’ 0， 3 + 4 5 * + 2 # $* 6 7 ( 3 3 8。 （ ）采用允许的最大电流纹波值为相电流峰值 " 的! ／ ’ ，根据式 （ ） , ’ 9，即 ! 9, 3 : 6 7 ; < =6 > ? !*! 7 7 可以计算出’ ! @ . ( 6 4，为了更好 @ ! ! (. 6 4!%%! 地滤除谐波，取 %%* ’ @ ( 6 4。 （ ）取 "*( 9，则 根 据 式 （ A）可 求 出 电 容 ! 。 & * . ’ B & " （ ）选择开关频率附近高次谐波的衰减比例为 ( ，则由式 （ ）可以求出 "* ，结合式 !* ’ @ " ! " ( " @ . （ ）可知 %* " ) ’ @ " " 3 6 4，% * ’ @ " C 3 6 4。图(描述 & 了谐振频率 + 与 " 的关系，从图中可以看出，分 : < # 别由式 （ ） 、式 （ ）表示的谐振频率曲线在 "* C " ! ）有正数解。 " @ .处有交点，这也说明式 （ " ( （ ）由于在大功率系统中为了降低功率损耗， ) 滤波器中的电阻非常小，可以忽略不计，因此在谐 振频率处，整个滤波器的阻尼为零，可能会导致该 频率处谐波的幅值增大。为了抑制 D E D 滤波器的 谐振，给滤波电容串联阻尼电阻 -1，首先根据式 ，取 （ ）可知+ * !) ( C 4 5 C : < # " @ ) $ ’’ & (.! # + : < # & 为了更好地分析电感 %、% & 与高次谐波的衰
风电变流器网侧LCL滤波器设计
关于 a 的方程式：
(15)
其中
(16)
(17) 必须注意到，电容的引入必然使谐波条件下的等效总阻抗变小，导致流经 l1 的 电流增加，为了不让流经 l1 谐波电流增加过大，需要对等效总阻抗进行限制。 一般保证 l1 在分割总电感时占的比例要大一些。这里限制等效总阻抗不低于原
阻抗的一半，并且取
，即有
a) 考虑基波电压 b) 不考虑基波电压 图 1 pwm 整流器的单相等效电路
设三者阻抗之间的关系为
其中，a、r 为比例系数。 则有
(4) (5)
其中，ωsw 为开关谐波角频率。 此时 l2 和 cf 的并联阻抗为 zc*：
(6)
2.2.1 开关谐波电流的衰减约束条件 电压型 pwm 整流器交流侧采用电感型滤波器(l=l1+l2)，仅考虑开关谐波电压时 流过电感 l2 的电流：
电流峰值 im=431.27a，三相 pwm 整流器总功率 340kw，直流母线电压 udc=1100v ，pwm 开关频率 fsw =2.5khz。 (1) 取电流谐波脉动最大允许值 irpmax=12%im，根据式（3）计算出：l≥1.063m h，这里取 l=1.06mh； (2) 取电容 cf 上产生的基波无功功率为总功率的 5%，则：x=0.03。由式（27） 得到：0.14<σ≤1/3。这里取 σ = 0.15； (3) 根据式（20），满足条件的方程组解为：a=1.775，r=0.083。 进一步计算得：l1=0.67mh，l2=0.39mh，cf =125μf，rd=2.95ω。实际取 l1=0. 6mh，l2=0.4mh，cf =144μf，rd=3ω。 谐振频率为 0.902khz。 图 4 为双馈亚同步（电机转速 40hz）发电功率为 1.2mw 时的网侧电流。
三相PWM逆变器输出LC滤波器设计方法
这时， 可根据 4.2.1 节中确定的截止频率点， 依据 式 （3） 计算出该截止频率点下的滤波电感 L 值， 再 根据式 （4） 得到滤波电容 C 值， 最后， 利用单相电 路与三相电路的电气关系， 即计算出三相电路中 ［3］ 的L和C值 。 4.2.3 负荷容量验算 考虑到交流用电设备的负荷要求， 结合 LC 型滤波器为无功负载的这一特点， 应对滤波器出 口处的电力容量进行验算， 以期验证该参数配置 下的负载入口处的电力容量是否满足负载自身 要求。 根据交流电路传输理论， LC 滤波器出口处的 电力容量的计算公式为 S1=S-3Q （5） 式中： Q 为 LC 滤波器单相等效无功容量， 则 3Q 为 三相 LC 滤波器的无功容量； S 为逆变器出口处的 电力容量； S1 为 LC 滤波器出口处的电力容量。 再利用交流用电设备相关计算公式， 计算出 其要求的电力容量， 该计算公式如下： S 2 = P/λ （6） λ为交流用电设备的功率因数； P 为交流用 式中： S 2为交流用电设备的电力容 电设备的额定功率； 量， 即交流用电设备要求系统提供的最小电力 容量。 根据相关标准、 规范等文件的具体要求， 通 常要求 LC 滤波器出口处的电力容量 S1 的 80% 应 不小于交流用电设备的电力容量S 2。
33
电气传动 2013 年 第 43 卷 第 12 期
何亮， 等： 三相 PWM 逆变器输出 LC 滤波器设计方法
星形结构， 则有 C=C1=C2=C3， 如果采用三角形结 构， 则有 C=3× C1=3× C2=3× C3； R， Lm 为交流用电设 备的等效阻抗参数， 其中， R 为等效电阻， Lm 为等 效电感。
4.2.1 截止频率范围确定
行截止频率计算之前， 需要做出适当的前提 假设：
三电平PWM整流器网侧LCL滤波器设计_刘超
第31卷第1期2012年1月电工电能新技术Advanced Technology of Electrical Engineering and EnergyVol．31，No．1Jan．2012收稿日期：2011-03-14基金项目：国家自然科学基金资助项目（50737002）作者简介：刘超（1986-），男，湖北籍，硕士生，研究方向为三电平PWM 整流器网侧LCL 滤波器；赵争鸣（1959-），男，湖南籍，教授，研究方向为大容量电力电子变换器与太阳能光伏并网。
三电平PWM 整流器网侧LCL 滤波器设计刘超，赵争鸣，鲁挺（电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室，清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084）摘要：采用LCL 滤波器代替L 滤波器对入网电流进行滤波已成为变换器并网的趋势，相对于L 滤波器，LCL 滤波器具有成本低，体积小，整流器动态响应快等优点。
然而，目前关于LCL 滤波器的研究都是针对两电平变换器进行的，对多电平变换器鲜有涉及。
本文以三电平PWM 整流器为研究对象，提出了适用于三电平PWM 整流器LCL 滤波器的设计方法，并通过Simulink 仿真和实验验证了滤波器的优良性能。
关键词：电压型PWM 整流器；LCL 滤波器；三电平中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1003-3076（2012）01-0056-041前言采用LCL 滤波器代替L 滤波器对入网电流进行滤波已成为当前研究热点，相对于传统L 滤波器，LCL 滤波器具有成本低，体积小，整流器动态响应快等优点。
LCL 滤波器是一个三阶的滤波系统，由网侧电感L g ，滤波电容C f ，整流器侧电感L 组成。
比较L 滤波器与LCL 滤波器的幅频响应可以发现，LCL 滤波器高频衰减快，并且存在谐振点。
图1L 滤波器和LCL 滤波器幅频响应比较Fig．1Comparison of amplitude-frequency response between L-filter and LCL-filter从图1也可以看出设计LCL 滤波器的两个关键要素，一是要合理设计LCL 滤波器参数［1，2］，让开关频率落在LCL 滤波器衰减较快的区段，二是要消除LCL 滤波器的谐振尖峰［3，4］，对LCL 滤波器进行稳定性控制。
基于pqr理论的三电平lcl滤波器优化设计
基于pqr理论的三电平lcl滤波器优化设计
1引言
本文旨在利用PQR理论对三电平LCL滤波器进行优化设计。
LCL滤波器是一种结合交流（AC）和直流（DC）电路分别实现低通滤波功能和限幅功能的微机控制电源滤波器。
它可以有效减少滤波器大小并降低成本。
2概述
PQR理论对三电平LCL滤波器进行优化设计，实际上是一种自适应调整技术，它通过调整参数来计算滤波器的输出电压/功率，从而最大化输出电压。
从一个简单的电路图中可以看出，有三层电路，它们分别为：DC直流电路层、AC交流电路层和控制电路层。
除此之外，滤波器还需要满足三氟烷内效应晶体管（SFT）内部下调整参数，以调节电流。
3步骤
（1）调整零偏参数:首先调节具有良好功率耦合的变压器的电流、电压和抗拉绝缘电容的电压等参数，以调整变压器的零偏。
（2）调整稳压参数:调节负载电阻，并设置相应的电流路径，以调节触发式条件和可变I_PS_软启动电路参数，调节稳压参数。
（3）调整输出电流和电压:调节联网电源电压和电流，以使电路稳定，调节滤波器的输出电压和电流，调节可变限流电路和比较器电
路参数，产生恒定的负压和正压，以确保以恒定的稳定工作电压来调节全部模块参数。
4结论
经过以上步骤，三电平LCL滤波器通过PQR理论的优化设计，能够改善滤波器的功率效率，降低功耗，并有效抑制滤波器的谐波损耗，提高滤波器的可靠性。
因此，PQR理论具有重要的应用前景，可以用于设计三电平LCL滤波器，为客户提供更高效的电源解决方案。
三相PWM逆变器输出LC滤波器设计方法
三相PWM逆变器输出LC滤波器设计方法一、本文概述随着可再生能源和电力电子技术的快速发展，三相PWM（脉宽调制）逆变器在电力系统中得到了广泛应用。
为了改善逆变器的输出波形质量，降低谐波对电网的污染，LC滤波器被广泛应用于逆变器的输出端。
本文旨在探讨三相PWM逆变器输出LC滤波器的设计方法，分析滤波器的主要参数对滤波效果的影响，为工程师提供一套实用的滤波器设计流程和指导原则。
本文将首先介绍三相PWM逆变器的基本工作原理和LC滤波器的功能特点，然后详细阐述LC滤波器的设计步骤，包括电感、电容参数的选取，滤波器截止频率的计算等。
接着，本文将通过仿真和实验验证所设计的LC滤波器的性能，分析滤波效果与滤波器参数之间的关系。
本文将总结滤波器设计的关键因素，并给出一些实用建议，以帮助工程师在实际应用中更好地设计和优化LC滤波器。
通过本文的阅读，读者可以全面了解三相PWM逆变器输出LC滤波器的设计原理和方法，掌握滤波器参数的选择和优化技巧，为提升逆变器输出波形质量和电网稳定性提供有力支持。
二、三相PWM逆变器基础知识三相PWM（脉冲宽度调制）逆变器是一种电力电子设备，用于将直流（DC）电源转换为三相交流（AC）电源。
它是许多现代电力系统中不可或缺的一部分，特别是在可再生能源领域，如太阳能和风能系统中。
了解三相PWM逆变器的基础知识是设计其输出LC滤波器的前提。
三相PWM逆变器的基本结构包括三个独立的半桥逆变器，每个半桥逆变器都连接到一个交流相线上。
每个半桥由两个开关设备（通常是绝缘栅双极晶体管IGBT或功率MOSFET）组成，它们以互补的方式工作，以产生所需的输出电压波形。
PWM控制是逆变器的核心。
它涉及快速切换开关设备，以便在平均意义上产生所需的输出电压。
通过调整每个开关设备的占空比（即它在任何给定时间内处于“开”状态的时间比例），可以精确地控制输出电压的大小和形状。
三相PWM逆变器的一个关键特性是它能够产生近似正弦波的输出电压。
三相并网逆变器LCL滤波器的参数设计与研究
三相并网逆变器LCL滤波器的参数设计与研究一、本文概述随着可再生能源的快速发展，三相并网逆变器在电力系统中的应用越来越广泛。
然而，并网逆变器产生的谐波会对电网造成污染，影响电能质量。
为了减小谐波对电网的影响，LCL滤波器被广泛应用于三相并网逆变器中。
LCL滤波器具有优良的滤波性能和高效率，因此，对LCL滤波器的参数设计进行研究具有重要意义。
本文旨在对三相并网逆变器的LCL滤波器参数设计进行全面研究。
介绍三相并网逆变器的基本原理及LCL滤波器的结构和功能；然后，分析LCL滤波器的主要参数（包括电感、电容等）对滤波器性能的影响，建立相应的数学模型；接着，根据电网谐波标准和电能质量要求，提出一种有效的LCL滤波器参数设计方法，并通过仿真和实验验证该方法的可行性和有效性；对LCL滤波器的优化设计和未来发展趋势进行讨论。
本文的研究不仅有助于提升三相并网逆变器的电能质量，还可为相关领域的研究提供有益的参考和借鉴。
二、三相并网逆变器与LCL滤波器的基本原理三相并网逆变器是一种将直流（DC）电源转换为三相交流（AC）电源的设备，主要用于将可再生能源（如太阳能、风能等）生成的直流电转换为适用于电网的交流电。
其核心功能是实现电能的转换与控制，以满足电网对电能质量的要求。
三相并网逆变器通常包括功率开关管、滤波器和控制策略等部分，其中滤波器的设计对于减小逆变器输出电流中的谐波分量，提高电能质量具有关键作用。
LCL滤波器是一种三阶滤波器，由电感（L）、电容（C）和另一个电感（L）组成，其结构特点是在电容两侧各有一个电感。
这种结构使得LCL滤波器在高频段具有较大的阻抗，而在低频段具有较小的阻抗，因此能够有效地滤除逆变器输出电流中的高频谐波分量，同时减小滤波器对逆变器输出电压的影响。
在三相并网逆变器中，LCL滤波器通常连接在逆变器的输出端，用于滤除逆变器输出电流中的谐波分量。
滤波器的设计需要综合考虑滤波效果、系统稳定性、成本等多个因素。
一种三相VSR的LCL滤波器参数设计新方法
Ｃ Ｃ 能 等优 点 ，因此 Ｐ ＷＭ 整 流器在 有 源 电力滤 波 、统 Ｌ Ｌ滤 波器 代 替 传 统 的单 电感 滤 波 器 。 由 于 Ｌ Ｌ 潮 流 控 制 器 、超 导 磁 能 储 能 、高 压 直 流 输 电 、 滤 波 器 的阻抗 值 与 流 过 电流 的频 率 成 反 比 ，频 率
２ Ｌ Ｌ滤波器 的传统设计方法 Ｃ
下信息：额定状态下系统 吸收的有功功率 Ｐ 、电 网线电压的有效值 Ｅ 、电网的频率 ｔ 、变换器的 ｏ 开关频率 设计 中用到的均是相对基准值 的百 分 比 ，基 准 阻 抗 ： ＝Ｅ Ｐ ， 准 电 容 ： ＝Ｉ Ｊ ２ 基 ｃ ／
但 由于 这种 方法 要 进 行 过 多次 尝 试 ，才 能 得 到 比
ｉｈ １ （ ） Ｖｈ （ ） ｔ Ｌ ｏ
一 ≈ ～
（） ４
ｄ 而 ｈ） ＝ｇ ｓ ｉ ｗ （
（） ５ Ｊ
较合 适 的滤 波 器 参 数 。何 良在 文 献 ［ ］ ６ 中也 提 出
＝（ ， ～， ２ （ 为 Ｌ Ｌ滤 。 ｏ ／ Ｃ 了一 种 Ｌ Ｌ滤波 器参 数 设 计 的方 法 ，但 这 种 方 法 式 中：ｚ。 ＬＧ） ２＝ Ｚ Ｌ ｔ Ｃ
设 计 出的滤波 参数 的滤 波效 果不 是很 理想 。
波 器 的谐 振 频率 ；Ｌ Ｌ＋Ｌ ）ｔ ＝ ｇ ， 为 开关频 率 。 ｏ
为 了得 到更 好 的 滤 波效 果 ，本 文 提 出 了 一 种 Ｌ Ｌ滤 波器 的设 计方 法 ，将 遗 传算 法 （ Ａ） 运 用 Ｃ Ｇ 到 Ｌ Ｌ滤波 器 的参 数 设 计 中 ，不 仅 考 虑 到 了文 献 Ｃ ［ ］ 中的限 制条 件 ，还 考 虑 到 了滤 波 器 的滤 波 效 ７ 果 ，能 够达 到更 好 的滤波 效果 。 在 设计 Ｌ Ｉ滤波 器 之 前 首 先要 得 到 系 统 的 以 Ｃ