分布式电源并网逆变器新型滤波器的设计及实现

南京供电公司、徐州供电公司的研究人员张玮亚、王紫钰，在2016年第11期《电气技术》杂志上撰文指出，为了更好地解决分布式电源并网引起的高频谐波污染问题，本文在详细分析SPWM调制型逆变器开关过程产生的谐波电压的基础上，设计了一种适于滤除此类谐波电压的新型滤波器——双谐振滤波器。

与常用的LCL滤波器相比，双谐振滤波器有良好的高频谐波衰减特性，对电感的需求少，大大降低了滤波器的成本和体积。最后给出了双谐振滤波器的实现方法及参数设计原则。PSCAD仿真结果验证了双谐振滤波器的可行性和有效性。

分布式电源并网逆变器一般采用SPWM调制，在运行过程中会向接入电网注入大量的高次谐波电流[1]。这类谐波电流不仅会加速电气设备的老化，还会对电力通信传输和电气量测量精度产生影响[2]，因此必须在并网逆变器的输出侧加装滤波器。国内外对于并网逆变器注入电网的高频谐波电流均有严格的要求，基于IEEE Std. 519的规定：35次以上各次的谐波电流均要小于额定电流的0.3%[3]。

目前分布式电源并网逆变器多采用LCL滤波器[2]，文献[4]提出了一种简易而实用的LCL滤波器参数设计方法。此外，对LCL滤波器的控制方法的研究也比较深入[4-6]。然而为保证良好的滤波效果，LCL滤波器通常需要较大的滤波电感值，导致LCL滤波器的体积大，成本高，无功损耗也很大。因此设计一个在经济性和滤波特性比LCL滤波器更好的输出滤波器结构依然是一个值得研究的问题。

本文首先分析了采用SPWM调制的并网逆变器输出的谐波电压分布情况，指出采用LCL滤波器在滤除这类谐波电压时的缺陷。随后提出了一种更适合削减这些谐波电压含量的新型滤波器——双谐振滤波器。最后，提出了抑制双谐振滤波器中正谐振尖峰的策略以及双谐振滤波器的参数设计原则。

结论

本文通过分析采用SPWM调制的并网逆变器的输出谐波电压分布，指出了目前常用的LCL滤波器在衰减这些谐波电压时的缺陷，提出了一种新型滤波器——双谐振滤波器：

1）从硬件结构上看，双谐振滤波器是将LCL滤波器的电容回路替换为两段并联的LC串联谐振支路，利用这两段支路分别滤除在fc附近和2fc附近的含量很大的谐波电压，通过逆变器侧电感和网侧电感的共同作用来保证其余分散在2fc以上的高频谐波电压的衰减能力，结构增加了一定的复杂性。

2）从成本和效果上看，双谐振滤波器和传统的LCL滤波器相比，在使用相同大小的电容的情况下，双谐振滤波器总电感的需求减少近一倍，且滤波效果更好，极大地降低了滤波器的成本和体积。

3）从控制方式上看，双谐振滤波器产生正谐振尖峰的原因与LCL滤波器谐振尖峰产生的原因类似：当L1C1支路L2C2支路并联部分呈容性时（相当于LCL滤波器的电容支路），该并联部分与Li和Lg的并联电感谐振而产生的。所以双谐振滤波器的正谐振尖峰抑制可以参考LCL滤波器抑制谐振尖峰的方法来进行。

有源阻尼法是抑制LCL滤波器谐振尖峰的常用方法，即采用电容电流内环，并网电流外环的双电流内环控制的电容电流内环法。类比这种方法，双谐振滤波器控制过程可采用并联电流和内环法，其实现只需增加一组电流传感器来测量两个LC串联回路的电流之和。

因此，双谐振滤波器相比LCL滤波器，在增加有限的硬件结构复杂度的前提下，控制方法上几乎没有变化，但是成本大大降低，滤波效果显著提高，因而具有很高的工程实用价值。