一種基于改進(jìn)型llcl濾波器的并網(wǎng)逆變電路及其濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于改進(jìn)型LLCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路的有源阻尼法，其中并網(wǎng)逆變器通過改進(jìn)型的LLCL濾波器與電網(wǎng)相連接，改進(jìn)型的LLCL濾波器包括第一濾波電感、第二濾波電感和諧振抑制支路，而諧振抑制支路由Lf-Cf串聯(lián)諧振支路和Cd阻尼支路并聯(lián)構(gòu)成。取逆變器側(cè)電流作為外環(huán)電流反饋，取Cd阻尼支路電流作為內(nèi)環(huán)電流來抑制諧振峰，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，并有效解決了阻尼電阻上的功率損耗和散熱問題，提高了并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的整機(jī)效率。
【專利說明】-種基于改進(jìn)型LLCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路及其濾波方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電網(wǎng)變換器的控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于改進(jìn)型LLCL濾波器 的并網(wǎng)逆變電路的有源阻尼法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，新能源的并網(wǎng)問題得到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)電路中很 重要的一環(huán)，采用PWM調(diào)制方法的并網(wǎng)逆變器具有單位功率因數(shù)、能量雙向流動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，但 是同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生開關(guān)頻率次的諧波，給電網(wǎng)帶來諧波污染，甚至嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常 運(yùn)行和工作。
[0003] 為抑制并網(wǎng)逆變器所帶來的高頻諧波，可在逆變器和電網(wǎng)連接處加入低通濾波 器，其中LCL濾波器優(yōu)勢較明顯。近年，在LCL濾波器的基礎(chǔ)上又發(fā)展出了一種新型高階濾 波器LLCL型濾波器，它用一個(gè)L-C諧振支路代替原有的電容支路，以消除開關(guān)頻率次諧波。 與LCL濾波器相比，LLCL濾波器要達(dá)到相同的濾波效果所需的電網(wǎng)側(cè)電感值更小，并不會(huì) 給控制帶來額外困難。
[0004] 然而，作為一種高階濾波器，LLCL濾波器與LCL濾波器一樣存在正諧振峰，在諧振 電流的激發(fā)下，可能會(huì)導(dǎo)致變換器控制的不穩(wěn)定，進(jìn)而引起系統(tǒng)諧振問題。為抑制諧振峰來 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，通常采用無源或有源阻尼方法。最簡單的方法是在L-C支路上串聯(lián)一個(gè) 電阻。也可以通過并聯(lián)Rd-Cd阻尼支路的方法，對于LLCL濾波器，有兩種并聯(lián)方法。三種 無源阻尼法分別如圖2所示，其中將Rd-Cd阻尼支路與L-C諧振支路并聯(lián)能夠更好地濾除 開關(guān)次諧波，同時(shí)它在高頻段也具有更好的濾波效果。但是，由于Rd-Cd阻尼支路中的阻尼 電阻Rd的存在不僅需要消耗一定的有功功率，造成不必要的能量損失，同時(shí)也給系統(tǒng)的散 熱帶來了一定的問題，尤其是大功率應(yīng)用場合，往往需要為阻尼電阻設(shè)計(jì)專門的冷卻裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，為了在不影響濾波效果的前提下，本發(fā)明引入了 一種基于改進(jìn)型LLCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路的有源阻尼法，即去掉阻尼電阻Rd，通過取逆 變器側(cè)電流作為外環(huán)電流反饋并取Cd阻尼支路電流U作為內(nèi)環(huán)電流來抑制諧振峰。同 時(shí)對這種有源阻尼法的相關(guān)控制參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)地分析與推導(dǎo)。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0007] 1、一種基于改進(jìn)型LLCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路，
[0008] 并網(wǎng)逆變器通過改進(jìn)型的LLCL濾波器與電網(wǎng)相連接，其中改進(jìn)型的LLCL濾波器 包括第一濾波電感U、第二濾波電感"和諧振抑制支路，而諧振抑制支路由L f_Cf串聯(lián)諧 振支路和Cd阻尼支路并聯(lián)構(gòu)成。并網(wǎng)逆變器通過第一濾波電感U與C d阻尼支路相連接， 電網(wǎng)通過第二濾波電感L2與Lf-Cf串聯(lián)諧振支路相連接，C d阻尼支路與Lf-Cf串聯(lián)諧振支路 并聯(lián)組成諧振抑制支路。
[0009] 2、一種基于改進(jìn)型LLCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路的有源阻尼法，其控制方法是：
[0010] 取逆變器側(cè)電流h作為外環(huán)電流反饋，取Cd阻尼支路電流iel作為內(nèi)環(huán)電流，從而 達(dá)到抑制諧振峰，保證系統(tǒng)控制穩(wěn)定的效果。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0012] 1、與LCL濾波器相比，本發(fā)明所提出的改進(jìn)型LLCL濾波器并不會(huì)對系統(tǒng)造成額外 的控制困難，并且能夠達(dá)到更好的濾波效果，優(yōu)勢更明顯。
[0013] 2、與帶有Rd-Cd阻尼支路的LLCL濾波器相比，本發(fā)明所提出的改進(jìn)型LLCL濾波 器去掉了 Rd阻尼電阻，避免了阻尼電阻所引起的能量損耗和散熱等問題，通過引入有源阻 尼法取得了更好的濾波效果，有效地抑制了諧振峰，使系統(tǒng)能穩(wěn)定正常運(yùn)行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1 (a)為簡化的簡化的基于LCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路原理圖，（b)為簡化的基 于LLCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路原理圖，（c)為兩種電路傳遞函數(shù)對應(yīng)的伯德圖；
[0015] 圖2分別為LLCL濾波器的三種無源阻尼法及對應(yīng)的伯德圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明提出的基于改進(jìn)型LLCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路原理圖；
[0017] 圖4為基于改進(jìn)型LLCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路的系統(tǒng)控制框圖；
[0018] 圖5為基于改進(jìn)型LLCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路的開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖；
[0019] 圖6為基于改進(jìn)型LLCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路的閉環(huán)傳遞函數(shù)零極點(diǎn)圖。
[0020] 附圖中各符號及標(biāo)識說明：
[0021] E-逆變器輸入電壓；Ui-逆變器輸出電壓；Ug-電網(wǎng)電壓；Ue-LLCL濾波器諧振抑 制支路電壓；s al、Sbl、Sa2、sb2-絕緣柵雙極型晶體管 ；L「第一濾波電感；ii-逆變器側(cè)電流； L2-第二濾波電感；i2-電網(wǎng)側(cè)電流；Cf-串聯(lián)諧振支路電容；L f -串聯(lián)諧振支路電感；:1。2-串 聯(lián)諧振支路電流；Cd-阻尼支路電容；R d-阻尼支路電阻；阻尼支路電流；i12-阻尼支 路和串聯(lián)諧振支路的中間電流；? -基準(zhǔn)電流；GPI-外環(huán)電流h的比例積分控制器參數(shù)； k。-內(nèi)環(huán)電流i2的比例參數(shù)。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0023] 為了進(jìn)一步了解LLCL濾波器的性能優(yōu)勢，先將其與傳統(tǒng)的LCL濾波器進(jìn)行比較， 兩者的簡化電路分別如圖1 (a)、(b)所示。其中LLCL濾波器的Lf-Cf諧振支路可以通過Lf、 Cf的串聯(lián)諧振在特定頻率處達(dá)到零阻抗，而這個(gè)特定頻率通常被設(shè)在開關(guān)頻率，以消除開 關(guān)頻率次諧波。為進(jìn)一步探討兩種濾波器的特性，由圖1 (a)、(b)可以推導(dǎo)出濾波器的傳遞 函數(shù)，式（1)為LLCL濾波器的傳遞函數(shù)，其中當(dāng)Lf = 0時(shí)，即可得到LCL濾波器的傳遞函 數(shù)。

【權(quán)利要求】
1. 一種基于改進(jìn)型LLCL濾波器的并網(wǎng)逆變電路，其特征在于，所述并網(wǎng)逆變器通過改 進(jìn)型的LLCL濾波器與電網(wǎng)相連接，所述改進(jìn)型的LLCL濾波器包括第一濾波電感U、第二濾 波電感L 2和諧振抑制支路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的并網(wǎng)逆變電路，其特征在于，所述諧振抑制支路由Lf-Cf串聯(lián) 諧振支路和C d阻尼支路并聯(lián)構(gòu)成，其中所述并網(wǎng)逆變器通過第一濾波電感U與Cd阻尼支 路相連接，電網(wǎng)則通過第二濾波電感L 2與Lf-Cf串聯(lián)諧振支路相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)逆變電路，其特征在于，所述并網(wǎng)逆變器包括光伏并網(wǎng) 逆變器、風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)逆變器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的并網(wǎng)逆變電路，其特征在于，所述Lf取值為77 μ H。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的并網(wǎng)逆變電路，其特征在于，所述Cf和Cd取值為2 μ f。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的并網(wǎng)逆變電路，其特征在于，所述第一濾波電感U取值為 1. 2mH。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的并網(wǎng)逆變電路，其特征在于，所述第二濾波電感L2取值為 0.22mH。
8. -種基于有源阻尼法的濾波方法，用于權(quán)利要求1-3之一所述的改進(jìn)型LLCL濾波器 的并網(wǎng)逆變電路中，其特征在于，所述有源阻尼法是通過取逆變器側(cè)電流h作為外環(huán)電流 反饋，取C d阻尼支路電流U作為內(nèi)環(huán)電流，從而抑制諧振峰，保證系統(tǒng)控制穩(wěn)定的效果。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的濾波方法，其特征在于，采用了有源阻尼法的并網(wǎng)逆變電路 的控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的濾波方法，其特征在于，其中Kp表示的是外環(huán)的比例參數(shù)， I表示的是積分參數(shù)；Κ。是內(nèi)環(huán)的比例參數(shù)。
【文檔編號】H02M1/12GK104158415SQ201410448822
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】古金茂, 王新慶, 張軍兆, 張強(qiáng), 朱妙玲, 陳寧, 李曉亮, 段美珠 申請人:北京星航機(jī)電裝備有限公司