基于平面集成技术的并网逆变器LCL滤波器研究

摘要

自从18世纪蒸汽机发明，人类进入工业化之后，以石油、煤炭为代表的化石能源消费需求量与日俱增，一方面，在带来了极大工业文明的同时，也随之带来了气候变暖，环境污染等相关生态问题；另一方面，由于化石能源的储量有限，且不可再生，能源危机即将到来。发展清洁与可再生能源已迫在眉睫。这时以太阳能，风能为代表的分布式能源进入人类视野。由于其具有可持续，清洁等特点，近些年分布式能源在全世界范围内都有较为长足的发展。而分布式能源由于其自身特性，产生的电能有直流、交流，且谐波含量大，并不能直接接入电网。此时就需要逆变装置和滤波装置将分布式能源有效地接入电网。本文研究的单相并网滤波器就是其关键技术之一。
　　本文首先对单相并网逆变器输出端的谐波进行了分析。具体谐波含量由开关管的控制方式和频率决定，说明了在逆变器并网过程中L型和LCL型滤波器的有效性。然后针对并网的入网电流需要达到国际与国内标准，以及需要同时兼顾滤波器性能、功率因数和损耗等要求，在尽量满足以上限制条件的情况下，分别设定电容、电感、阻尼电阻、谐振频率设计的基本原则。从而以一台功率为600W的并网逆变器为对象，设计了LCL滤波器的各项关键参数，制作了一套分立式LCL滤波器。接着对LCL型滤波器的数学模型进行定性分析，说明其对谐波抑制的有效性。通过软件仿真平台设计了一套600W的单相并网逆变系统，验证了之前对LCL型滤波器关键参数设计的正确性。同时对比了当电感量相同的条件下，LCL型滤波器比L型滤波器有更好的滤波效果。其次，针对分立式LCL滤波器存在体积大，功率密度低的缺陷，提出了一种新型平面集成式LCL滤波器结构。采用铁氧体材料的E型磁芯的中柱与PLT磁芯充当电感铁心，通过平面磁集成技术实现了对两个电感与一个电容的集成。并以一台600W的并网逆变器为对象，制作出了一套平面集成式LCL滤波装置。之后，针对分立式LCL滤波器存在的缺陷，提出了另一种新型平面集成式LCL滤波器结构。分别采用E型磁芯的两侧边柱与PLT磁芯充当铁心，通过平面磁集成技术实现了对两个电感与一个电容的集成。通过600W的并网逆变实验平台，详细介绍了设计过程，并制作出一套平面集成式LCL滤波装置。最后，搭建了一套600W的单相并网逆变实验平台，分别对单L型，分立式LCL型及两种平面集成型的LCL滤波器进行了测试。比较了它们的各项性能，验证了前文的理论推导和设计。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2并网滤波器

1.3开关电源中的平面磁集成技术的发展及现状

1.4本文主要研究内容和意义

第2章LCL滤波器参数设计

2.1单相并网逆变器输出波形的谐波分析

2.2 LCL滤波器的参数设计

2.3 分立式LCL滤波器的设计

2.4软件仿真搭建

2.5软件仿真

2.6本章小结

第3章基于平面集成LCL滤波器设计

3.1基于平面集成的LCL滤波器方案Ⅰ

3.2基于平面集成的LCL滤波器方案Ⅱ

3.3本章小结

第4章 软件仿真及实验平台搭建

4.1实验平台搭建

4.2本章小结

第5章 总结展望

5.1本文工作总结

5.2未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果