基于諧波頻譜的LCL濾波器設計
對1≤k≤10范圍內的項求和,就可得到精確度可以接受的諧波幅值。
4 濾波器設計方法
這里采用插入電壓增益來設計濾波器。插入電壓增益定義為濾波器插入前后負載端的電壓比。根據定義的插入增益,濾波器的設計可遵循以下步驟:①通過仿真或者測試得到未加入濾波器時變換器產生的干擾噪聲頻譜;②計算需要的衰減值曲線Ureq:將未加入濾波器時測得的干擾值U與標準Ulim進行比較,再加上6 dB的安全裕量,即Ureq=U-Ulim+6 dB;③計算濾波器的轉折頻率:用濾波器的電壓插入增益去交截②中得到的需要衰減的曲線值,交截得到的頻率即為濾波器的轉折頻率,如圖2所示;④設計濾波器參數并測試這些參數是否滿足標準要求。
5 諧振頻率計算
考慮類似于EMI濾波器的設計方法。首先根據進網電流標準,得到標準限值頻譜,然后根據不同的PWM控制方法,得到橋臂輸出電壓的頻譜及所需要的衰減,計算出諧振頻率。由數學模型可知進網電流與逆變橋側輸出電壓的傳遞函數,類似于插入電壓增益的計算,可得到LCL濾波器中的電壓增益為:
在對數域中:橋臂輸出電壓諧波-進網電流諧波+20log(I額定/U額定)=20log[s3L1L2Cf+s(L1+L2)],LCL濾波器插入電壓增益曲線如圖3a所示。根據標準IEEE Std 929-2000,可繪出如圖3b所示的進網電流諧波標準頻譜曲線。當開關頻率為5 kHz時,采用SVPWM的逆變器橋臂輸出電壓諧波頻譜如圖3c所示,圖3d為系統(tǒng)中逆變橋輸出電壓各次諧波值減去進網電流各次諧波值。由于使用LCL濾波器,因此用20 dB/dec及60 dB/dec的直線去交截即可得出諧振頻率。由圖可知,此系統(tǒng)的諧振頻率為1 300 Hz。
6 LCL濾波器中其他參數設計
由上述方法得到LCL濾波器的諧振頻率,其計算公式如下:
因此在已知諧振頻率的基礎上,可先選取Cf的容值,然后選擇L1及L2的值。
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