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一种储能并网逆变器的LCL滤波器参数

设计方法

摘要：在碳中和的全球趋势和背景下，光伏和风电作为新能源的主力义军崛

起。储能系统，作为新能源的一个全新分支，通过其分布式电网电能的双向流动

可以弥补光伏和风电的高峰发力不足而低估无法满发功率的尴尬局面，起到削峰

填谷的作用。针对当前储能逆变器的研究热点，本文对储能逆变器的LCL滤波器

的设计方法和参数的整定进行研究，建立数学模型，给出LCL滤波器结构控制方

案。最后运用matlab建立仿真模型并通过仿真测试，表明该LCL滤波器的设计

方法合理有效，具有理论和实用价值。

关键词：储能逆变器；LCL滤波器；matlab仿真

引言

LCL滤波器作为一种三阶滤波器，它兼顾了LC滤波器的低频段高效滤波能力，

同时也具备了高频的衰减能力。但是，如果LCL的参数设计不合理，作为连接电

网的环节，将会在并网后给电网注入大量谐波，给电网带来灾难性和给控制器带

来挑战。因此，对于LCL滤波器的设计，既要考虑谐波分量，还要考虑LCL作为

大惯性环节的动态性能和电流响应要求。而在设计电容参数时，就要兼顾考虑衰

减高频电流的能力以及对系统无功的影响。

本文主要研究储能逆变器的LCL设计，采用单级非隔离DC/AC桥式电路，通

过分析并建立数学模型，给出LCL的设计方案并通过阐述具体的设计过程，最后

结合matlab仿真，验证了其思路和过程的和合理性。

一、储能逆变器系统分析

1、三相储能逆变器系统电路拓扑结构

采用LCL滤波器的三相储能逆变器的系统拓扑结构图如下图1所示。

图1三相储能逆变器系统拓扑图

图中，DC为储能电池，C为储能逆变器的直流母线稳压电容，一般采用膜电

容,是其两端电压，-为6个全控型器件IGBT，-为-

的内部反并联续流二极管，为逆变器测的电感，为内阻以及开关损耗

和线损等的等效电阻，为网侧电感，为内阻和网侧线损的等效电阻，

为滤波电容，为滤波电容的支路上的阻尼电阻。

2、LCL滤波器特性分析

2.1、LCL滤波器的作用

滤波器在储能并网逆变器中起着非常大的作用。它将逆变桥产生的开关脉冲

电压或者电流转变成连续的模拟量，主要是用来抑制输出电流的波动和浪涌冲击、

将开关产生的高频电流成分滤除；同时也是连接电网和逆变桥的桥梁，通过它可

以控制并网电流的相位和幅值，从而实现无级调整逆变器的功率因素从-1到1的

运行。因此，在储能逆变器中，控制LCL滤波器，就等于控制了这整个储能逆变

器的运行。

2.2、LCL滤波器的原理

与L滤波器相比，LCL滤波器增加了滤波电感和滤波电容，其基本原

理是和对电流中含有的高频开关纹波进行阻抗分流，电容为高

频成分提供低阻通路，这样就有效减少了电流也就是电网电流的高频含量。如

下图2所示。

图2LCL滤波器并网模式下等效模型

根据图2所示，可以求出网侧电流与输出逆变器侧电压之间的传递函

数G(S)，具体如下：

（2.21）

上式中，考虑到实际的和较小而忽略。故LCL滤波器引起的谐振点

的角频率可以表示为：（2.22）

由传递函数可知，这是一个三阶系统，在高频段将会产生60dB/decade的衰

减，对高频分量的衰减效果将会非常好。

利用matlab软件绘制出G(S)的伯德图