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滤波电感

关键性的元件

滤波电感是一种关键性元件，常用铁氧体材料制成，可与穿心电容组合成复合滤波器，高性能滤波器中也会采用线绕电感。在大电流下，铁氧体可能磁饱和，影响滤波器效能。在全桥逆变器中，输出滤波电感尤为重要，其电感值直接影响电路性能，需确保逆变器输出侧功率因数为1，波形正弦，且与网压频率同步。

电感介绍
在全桥逆变器中，输出滤波电感是一个关键性的元件，并网系要要求在逆变器的输出侧实现功率因数为1，波形为正弦波，输出电流与网压频率相同。因而，电感值选取的合适与否直接影响电路的工作性能。对电感值的选取，可以从以下两个方面来考虑：
①
电流的波纹系数
输出滤波电感的值直接影响着输出纹波的大小，由电感的基本伏安关系可得：
（5-14）
其中电感两端电压，考虑到当输出电压处于峰值附近，即时，输出电流波纹最大，设此时开关周期为T，占空比为D,则有下式：
（5-15）
另外，根据电感的伏秒平衡原理，我们可以得到，
（5-16）
于是求得，
（5-17）
从（5-15）、（5-16）式可得，
（5-18）
在本系统中，开关管的工作频率取电流波纹系数则由式（5-18）计算可：
因此，要保证实际电流纹则滤波器电感满足。
②从逆变器的矢量三角形关系可知，
（5-19）
于是，它们的基波幅值满足下式
（5-20）
由正弦脉宽调制理论可知，
（5-21）
其中，为调制比，且从而：
（5-22）
于是，我们可以得到下式：
综上，滤波电感的取值范围为。在实际设计过程中，由于电感的体积、成本等因素的影响，一般只需考虑电感的下限值，即取稍大于下限值即可。另外需要特别指出的是，以上的计算是建立在额定输出电压，即的基础上，考虑到实际情况下网压的波动范围，在设计电感时最终选取电感值，电感的额定电流为。
输入电容的设计
假设电网电压和电网的电流只含有基波分量并且相同，则注入到电网的瞬时功率为：
（5-24）
其中是注入电网的平均功率，是角频率，是时间。
因此，中间直流侧电压有小的脉动，同时由前述的Boost的光伏阵列的输出电流是在直流之上叠加了一个高频分量。同时雷击等尖峰电压和一些额外的因素引起的波动会对逆变器造成影响。因此有必要设置输入电容，使其与光伏阵列与逆变器之间的导线上的分布电感组成一个低通滤波，使各部分产生的干扰尽量不影响另一部分。
由经验值可得:输入电容的值一般取。
考虑到耐压，我们选取2个的电解电容进行串联。由于电容的串联涉及到均压的问题，采用并联均压电阻的措施。采用每组并联的电容上并联一个电阻，由三个电阻串联组成。
5.3.3功率因数（PF）
当逆变器的输出大于其额定输出的20%，平均功率因数应不小于0.85（超前或滞后），当逆变器的输出大于其额定输出的50%，平均功率因数不应小于0.95（超前或滞后）。
一段时期内的平均功率因数（PF）公式：
………………………………………（5）
式中：
——有功功率；
———无功功率。
注1：在供电机构许可下，特殊设计以提供无功功率补偿的逆变器可超出此限制工作；
注2：用于并网运行而设计的大多数逆变器功率因数接近1。
5.3.5工作频率
逆变器并网时应与电网同步运行。逆变器交流输出端频率的允许偏差为电网额定频率为。
5.3.6直流分量
并网运行时，逆变器向电网馈送的直流电流分量应不超过其输出电流额定值的0.5%或5mA,应取二者中较大值。
5.4.2发射要求
在居住、商业和轻工业环境中正常工作的逆变器的电磁发射应不超过GB 17799.3规定的发射限制；
连接到工业电网和在工业环境中正常工作的逆变器的电磁发射不应超过GB 17799.3规定的发射限制。
2.3太阳电池阵列输出功率数学模型
本文采用TRW太阳电池阵列输出功率数学模型[3,4]。任意太阳辐射强度和环境温度条件下，太阳电池温度
为
(21)
设在参考条件下，为短路电流；为开路电压；、为最大功率点电流和电压，则当光伏阵列电压为，其对应点电流为：
（22）
（23）
（24）
考虑太阳辐射变化和温度的影响时，
（25）
（26）
（27）
（28）
其中，、分别为太阳辐射和光电池温度参考值，一般分别取为和; 为在参考日照下的电流变化温度系数; 为在参考日照下的电压变化温度系数；为光伏阵列的串联电阻。
2.4逆变器输出功率数学模型
逆变器输出功率为
（29）
其中，为输出功率；为输入功率；为无载功率；为额定输出功率；为常数，表明输入与输出间的关系，由下式决定
（30）
其中，为逆变器的效率。
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