并网逆变器中LCL 滤波器的磁集成
0引言
基于可再生能源(如风能、太阳能、潮汐能等)的分布式发电技术是人类应对能源危机与环境污染的重要手段之一，近年来已受到广泛重视[1]。并网逆变器是连接分布式源与公用电网的接口装置，在分布式发电系统中起着至关重要的作用。根据输出滤波器的不同，并网逆变器可分为L型和LCL型两种。相比于单L滤波器，LCL滤波器具有更强的高频谐波衰减能力。在达到相同滤波效果时，LCL滤波器所需要的总电感量显著小于单L滤波器，这有利于减小逆变器的体积，降低成本[2-5]。
LCL滤波器有两个独立的电感，若每个电感分别使用单独的磁芯来绕制，则磁芯数量较多，体积较大。为减小磁芯的体积，有必要引入磁集成技术。
磁集成技术在开关电源，尤其是DC/DC变换器中已得到广泛应用。根据集成后各磁件之间是否存在耦合，可将磁集成分为解耦磁集成和耦合磁集成两类[6-7]。采用解耦磁集成时，各磁件的绕组所交链的磁通是相互独立的，集成后各磁件仍然保持着与原分立磁件相同的特性。文献[6]阐述了解耦磁集成的应用机理，即利用无气隙的磁柱作为低磁阻的公共磁路，通过合理的绕组分布，使各绕组交链的磁通在公共磁路上相互抵消，以降低公共磁芯的磁通量，由此可使公共磁芯截面积减小，从而减小磁芯体积。基于这一原理，文献[8]将交错并联的准方波DC/DC变换器中的两个滤波电感集成在一副磁芯上，文献[9]实现了软开关脉宽调制(pulsewidthmodulation，PWM)组合式三电平变换器中两个变压器的集成，文献[10]则实现了LLC谐振变换器中谐振电感和变压器的集成。采用耦合磁集成时，各磁件的绕组所交链的磁通之间存在一定的耦合，因而原分立磁件的特性有所改变。在某些特定的场合，耦合磁集成可以提高变换器的稳态或动态性能[11-15]。例如，通过选取适当的耦合方式，在交错并联的DC/DC变换器中，可减小电感电流的纹波[11-13]；而在Cuk变换器[14]和多路输出的Buck类DC/DC变换器[15]中，甚至可以实现电感电流的零纹波。