一种lcl滤波器无源阻尼电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种LCL滤波器无源阻尼电路，由阻尼电感Ld1、阻尼电感Ld2和阻尼电阻Rd构成，本无源阻尼电路对LCL滤波器（包括逆变器侧滤波电感Linv、网侧滤波电感Lg和滤波电容Cf）的谐振尖峰进行有效抑制，以保证并网逆变器系统稳定运行。阻尼电感Ld2和阻尼电阻Rd并联后再与阻尼电感Ld1串联，Ld1上端连接至节点D，Ld1下端连接至节点E，Ld2Rd并联电路上端连接至节点E，下端连接至与逆变器及电网的负极公共节点F。本发明的LCL滤波器无源阻尼方法采用并网电流单环反馈控制即可保证逆变器系统稳定运行，无需复杂的反馈控制算法和额外的电压或电流传感器，系统可靠性和鲁棒性较高，具有实现简单、成本低廉、系统功率损耗小等优点。
【专利说明】—种LCL滤波器无源阻尼电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子装置【技术领域】，特别是涉及一种可再生能源并网逆变器系统中LCL滤波器的无源阻尼电路。
【背景技术】
[0002]为防止新能源分布式发电系统(光伏发电、风力发电、燃料电池发电等)中并网逆变器的PWM脉宽调制过程产生的高频谐波污染电网，并网逆变器与电网之间需要连接无源低通滤波器。传统滤波器一般采用单电感，即L滤波器。L滤波器结构简单、控制方便，增大电感值可有效改善滤波效果，但同时也导致滤波器体积增大，并且影响系统动态性能。相比L滤波器，LCL型滤波器的滤波电容对高频电路相当于短路，在相同总电感值的情况下滤除高次谐波的效果要明显好于L型滤波器(在同样滤波效果的情况下LCL型滤波器的总电感值要明显小于L型滤波器)，因此在低开关频率或小电感值的情况下仍然能够获得高质量的入网电流波形，而且能够保持系统良好的动态响应速度。
[0003]然而，由于LCL滤波器是一个三阶环节，其频率响应存在一个固有谐振峰，谐振极点的引入威胁着并网系统的安全稳定运行，因此对并网电流控制技术提出了更高的要求。为克服系统的欠阻尼甚至无阻尼特性，一个常见的解决方案是采用有源阻尼技术，该方法是通过在并网电流控制回路中引入额外的反馈控制策略来实现滤波器谐振尖峰的抑制，进而保证系统稳定可靠运行，但额外增加的复杂反馈控制策略或电压电流传感器增加了系统成本，同时也降低了系统的可靠性和鲁棒性。具有实现简单、成本低廉、系统功率损耗小等优点。另一个实用的解决方案是采用无源阻尼技术，通常是在LCL滤波器电容支路上串联或并联一个阻尼电阻以改善系统的阻尼特性，无源阻尼技术具有实现简单、成本低廉等优点，但同时也引入了额外的系统功率损耗。滤波电容串联电阻无源阻尼方法引入的功率损耗不大，但是降低了 LCL滤波器的高频谐波衰减能力；而滤波电容并联电阻无源阻尼方法虽然不影响LCL滤波器的高频谐波衰减能力，但是会引入非常大的功率损耗，影响了整机效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有LCL滤波器无源阻尼技术功率损耗和高频谐波衰减效果之间的矛盾和不足，提供一种采用电感、电阻相结合实现兼顾LCL滤波器谐振尖峰抑制和滤波器高频衰减特性的LCL滤波器无源阻尼电路。
[0005]为达到上述目的，本发明的构思是:在LCL滤波器滤波电容支路串联由两个电感Zdl、Zd2和一个电阻TPd构成的无源谐振阻尼电路，实现滤波器谐振尖峰的有效抑制，要求zdl、Zd2和G所组成电路网络的串联谐振频率与并网逆变器PWM调制技术的载波频率相同，要求阻尼电感Zdl和Zd2的总电感值(体积和成本)远小于逆变器侧滤波电感Zinv和网侧滤波电感Lt的总电感值。
[0006]根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案:一种LCL滤波器无源阻尼电路,包括两个阻尼电感Zdl和Zd2和一个阻尼电阻7?d。其特征在于:阻尼电感Zd2和阻尼电阻TPd并联后再与阻尼电感Zdl串联，阻尼电感Zdl上端连接至LCL滤波器的滤波电容C1f支路的输出节点D，阻尼电感Zdl下端连接至节点E，La2Ra并联电路上端连接至节点E，Zd2/?d并联电路下端连接至与逆变器及电网的负极公共节点F。
[0007]所述阻尼电感Zdl、阻尼电感Zd2及滤波电容G组成电路网络的串联谐振频率与并网逆变器PWM调制技术的载波频率相同。
[0008]所述阻尼电阻TPd对LCL滤波器谐振尖峰进行抑制。
[0009]所述阻尼电感Zdl和Zd2的总电感值远小于逆变器侧滤波电感和网侧滤波电感的总电感值。
[0010]所述滤波电感Zd2在低频段阻抗值远低于阻尼电阻ZPd的电阻值。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果是:阻尼电感Zdl、Zd2与滤波电容G能够实现对逆变器最主要的载波频率次谐波分量起到陷波器作用，从而能够抵消阻尼电阻A对LCL滤波器高频谐波特性的影响(由引入无源阻尼技术前的_60dB\10倍频程下降为引入无源阻尼技术后的_40dB\10倍频程)，保证并网电流总谐波畸变率的显著下降或保证满足并网谐波标准要求前提下滤波电感4电感值的显著减小，进而降低整个LCL滤波器的体积成本和装置成本。由于滤波电感Zd2在低频段阻抗值远低于阻尼电阻TPd的电阻值，因此减小了阻尼电阻Rd在基频及低频段的功率损耗。此外，由于Zdl、Zd2和G所组成电路网络的串联谐振频率是非常高的PWM载波频率，因此Zdl和Zd2的总电感值相比Zinv和网侧滤波电感&的总电感值来说非常小，因此两个阻尼电感对LCL滤波器的体积、重量及成本的影响可以忽略。因此本发明的一种LCL滤波器无源阻尼方法具有实现简单、成本低廉、高频滤波特性好、功率损耗小、整机系统性能好等优点。
【专利附图】
【附图说明】
`[0012]图1为采用本发明无源阻尼技术后的LCL滤波器拓扑结构示意图。
[0013]图2为LCL滤波器本发明无源阻尼方法在单相并网逆变器系统中的接线示意图。
[0014]图3为未采用本发明无源阻尼技术时LCL滤波器的幅频特性图。
[0015]图4为采用本发明无源阻尼技术后LCL滤波器的幅频特性图。
[0016]图5为Zdl、Zd2和C1f所组成电路网络的幅频特性图。
[0017]图6为采用本发明无源阻尼方法的单相并网逆变器入网电流波形。
[0018]图7为采用本发明无源阻尼方法的单相并网逆变器入网电流波形频谱图。
【具体实施方式】
[0019]下面对本发明优选实施例作详细说明:
实施例一:
参见图1和图2，本LCL滤波器无源阻尼电路，包括两个阻尼电感Zdl和Zd2和一个阻尼电阻4。其特征在于:阻尼电感Zd2和阻尼电阻TPd并联后再与阻尼电感Zdl串联，阻尼电感Lai上端连接至LCL滤波器的滤波电容C1f支路的输出节点D，阻尼电感Zdl下端连接至节点E，Zd2/?d并联电路上端连接至节点E，Zd2/?d并联电路下端连接至与逆变器及电网的负极公共节点F。[0020]实施例二:
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下:
所述阻尼电感Zdl、阻尼电感Zd2及滤波电容G组成电路网络的串联谐振频率与并网逆变器PWM调制技术的载波频率相同。
[0021]所述阻尼电阻TPd对LCL滤波器谐振尖峰进行抑制。
[0022]所述阻尼电感Zdl和Zd2的总电感值远小于逆变器侧滤波电感和网侧滤波电感的总电感值。
[0023]所述滤波电感Zd2在低频段阻抗值远低于阻尼电阻/Pd的电阻值。
[0024]实施例三:
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下:
如图1一图2所示，滤波电感Zinv左端连接并网逆变器输出端口 A，右端连接至LCL滤波器节点B，滤波电感&左端连接至LCL滤波器节点B，右端连接至LCL滤波器输出端口 C ；阻尼电感Zd2和阻尼电阻TPd并联后再与阻尼电感Zdl串联，Zdl上端连接至节点D，Zdl下端连接至节点E，Zd2/?d并联电路上端连接至节点E，下端连接至滤波器与逆变器及电网的公共节点F。滤波器输入端口 A连接至并网逆变器输出端口，滤波器输入电压为《inv，输入电流为iinv，滤波器输出端口 C连接至电网端口，滤波器输出电压为电网电压\，输出电流为并网电流ig°
[0025]LCL滤波器的传递函数为`
【权利要求】
1.一种LCL滤波器无源阻尼电路,包括两个阻尼电感Zdl和Zd2和一个阻尼电阻/?d。其特征在于:阻尼电感Zd2和阻尼电阻TPd并联后再与阻尼电感Zdl串联，阻尼电感Zdl上端连接至LCL滤波器的滤波电容C1f支路的输出节点D，阻尼电感Zdl下端连接至节点E，La2Ra并联电路上端连接至节点E，Zd2/?d并联电路下端连接至与逆变器及电网的负极公共节点F。
2.根据权利要求1所述的一种LCL滤波器无源阻尼电路，其特征在于:所述阻尼电感Zdl、阻尼电感Zd2及滤波电容G组成电路网络的串联谐振频率与并网逆变器PWM调制技术的载波频率相同。
3.根据权利要求1所述的一种LCL滤波器无源阻尼电路，其特征在于:所述阻尼电阻Ra对LCL滤波器谐振尖峰进行抑制。
4.根据权利要求1所述的一种LCL滤波器无源阻尼电路，其特征在于:所述阻尼电感Lai和Zd2的总电感值远小于逆变器侧滤波电感和网侧滤波电感的总电感值。
5.根据权利要求1所述的一种LCL滤波器无源阻尼电路，其特征在于:所述滤波电感La2在低频段阻抗值远低于阻 尼电阻/Pd的电阻值。
【文档编号】H02J3/01GK103457265SQ201310392948
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】汪飞, 许德志, 毛华龙, 阮毅, 张巍 申请人:上海大学