一种组串式光伏逆变器LCL型滤波器自动消谐装置的制作方法

本实用新型涉及新能源电能质量技术领域，具体的说是一种组串式光伏逆变器LCL型滤波器自动消谐装置。

背景技术：

光伏逆变器有集中式和组串式两种，近年来大型商业光伏系统更多地选用组串式逆变器，因为组串式逆变器的系统设计更灵活、环境是适应性更强，故障率较低及故障发生时的损失较低且生命周期维护成本更低。

目前，并网逆变器的滤波器主要采用LCL滤波器。1995年，M.Lindgren和J.Svensson首先提出了采用三阶的LCL滤波器替代传统型滤波器。LCL滤波器能够在高频段使得谐波以60dB/s速度衰减，因此选取较小的滤波电感就能够达到L滤波器的滤波效果，此外，还能降低系统成本、减小系统的体积和重量。但是采用LCL滤波器也会带来一些问题：一方面，它的设计方法比较复杂；另一方面，由于LCL型滤波器是三阶系统，该结构决定了它本身会产生谐振问题。如果不采取任何控制，基于LCL滤波器的三相并网逆变器在s域是一个不稳定系统，这样势必会使得并网电流THD值升高，影响并网质量。随着电站规模不断增大，每个电站中所使用的逆变器数量也随着增加，尤其是在大电站选用组串式方案，逆变器数量成十几倍增加，1MW多达40台组串式并网逆变器，数十个LCL滤波器同时工作形成的谐振问题非常复杂，且部分并网点远离发电厂及负荷区，导致谐振脱网的风险增加。

目前多从增强系统阻尼效果、优化滤波器参数设计或者改变算法等方面研究谐振抑制措施，国内外学者对此提出了诸多设计方案，但到目前为止还没有形成统一的并被广为认可的设计方案。从改变系统参数设计入手抑制谐波显得非常困难，因此，为克服LCL滤波器并网谐波谐振问题，从物理控制方式考虑，提出一种组串式光伏逆变器LCL滤波器自动消谐装置。在滤波电容器串联电子开关，加装电流互感器，通过检测谐波电流在线识别谐振电流，由中央处理器控制自动切断谐振点的滤波电容回路，达到改变系统参数，自动消除谐振的目的。

技术实现要素：

针对现有组串式光伏逆变器LCL滤波器谐振问题难以通过系统参数设计有效解决的问题，从物理方法入手，本实用新型的目的是提供一种组串式光伏逆变器LCL滤波器自动消谐装置，其结构简单，使用方便，对现有设备改造简单、成本低廉，实现对LCL滤波器谐振现象的运行监测和电容投切控制管理，有非常好的实用价值。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种组串式光伏逆变器LCL滤波器自动消谐装置，其特征在于：其包括开关操作装置，信号检测装置，自动控制装置三部分，所述开关操作装置和信号检测装置串联安装在滤波电容回路中，开关操作装置和信号检测装置分别与自动控制装置信号连接或电连接；

其中，开关操作装置控制滤波电容回路的接通和断开，抑制谐振发展；信号检测装置检测滤波电容回路中的电流，并将电流情况传送至自动控制装置，用于判断LCL滤波器是否处于谐振运行状态；

自动控制装置根据检测信号判断LCL滤波器的运行状态，当发生谐振时，自动控制装置向开关操作装置发出断开开关的动作指令，达到消除谐振的目的，同时记录故障信息并向上级主机传送信息。

优选的，开关操作装置为电子式或机械式开关；

信号检测装置为电流互感器；

自动控制装置包括主板、输入输出控制单元、显示和报警装置、开关控制单元、电源与通信单元、谐振检测单元，主板上设置有中央处理器；

其中，中央处理器分别与谐振检测单元、输入输出控制单元、显示和报警单元、开关控制单元、电源与通信单元电连接或信号连接，同时输入输出控制单元与开关控制单元电连接。

优选的，开关操作装置与自动控制装置之间串联有电感器。

优选的，其中，滤波电容回路中设置数个电容，每个电容串联有一组开关操作装置和信号检测装置，每一组开关操作装置和信号检测装置分别与自动控制装置电连接或信号连接。本实用新型中自动控制装置设置一个集中控制装置，多个开关操作装置和信号检测装置共用一个控制装置。

优选的，所述输入输出控制单元上设置有手动投切开关、自动投切开关、延时投切开关中的任意一种或任意组合。

本实用新型的有益效果是：

(1、)本实用新型通过检测LCL滤波器滤波电容回路电流，运用谐波分析算法，谐振检测单元，实时监测滤波器运行状态，快速抑制系统谐振，从而保证光伏并网安全稳定运行。

(2、)本实用新型的开关操作装置和信号检测装置安装简便，成本低廉，性能稳定，对现有设备易于改造。

(3、)本实用新型的自动控制装置采用单片机或数字逻辑电路，具备数据处理和多重控制功能，反应速度快，算法简单。

(4、)本实用新型的自动消谐装置是物理式消谐方法，适用多个LCL滤波器同时运行的谐振抑制，操作简便，原理简单，反应迅速，适用范围广泛，易于工程应用。

附图说明

图1是本实用新型组串式光伏逆变器LCL滤波器自动消谐装置安装示意图。

图2是本实用新型组串式光伏逆变器LCL滤波器自动消谐装置自动控制装置示意图。

附图中，S1---Sn表示开关、CT1---CTn表示电流互感器、C1---Cn表示电容、L表示电感器、C表示电容

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

本实用新型包括开关操作装置1，信号检测装置2，自动控制装置2三部分。参见图1为本实用新型安装示意图，其中开关操作装置1和信号检测装置2串联安装在滤波电容回路中，自动控制装置3作为远端集中控制装置，开关操作装置1和信号检测装置2分别与自动控制装置3电连接或信号连接。开关操作装置1和信号检测装置2根据组串式逆变器LCL滤波器数量可安装多个，所述自动控制装置3只需安装一个，多个开关操作装置1和信号检测装置2共用一个自动控制装置3。开关操作装置1与自动控制装置3之间串联有电阻。

开关操作装置1包括电子式或机械式开关及其辅助设备，信号检测装置3包括电流互感器及其辅助设备，自动控制装置3包括主板、谐振检测单元、输入输出控制单元、显示和报警装置、开关控制单元、电源与通信单元。

主板上设置有中央处理器，其中谐振检测单元、输入输出控制单元、报警及显示单元、开关控制单元、电源与通信单元与中央处理器分别连接，同时输入输出控制单元与开关控制单元也连接。

输入输出控制单元上设置有手动投切开关、自动投切开关、延时投切开关模式中的任意一种或者其任意组合。

显示和报警装置在发生谐振越过报警限值时发出报警声音，并可实时显示谐振电流参数和开关状态。

本实用新型在工作时候，接通电源开机，信号检测装置采集滤波电容回路的电流并传送至自动控制装置，经谐振检测单元分析计算得到谐波电流信号，由中央处理器判断系统是否发生谐振。

若发生谐振，输入输出单元发出动作指令，开关控制单元自动切断或经延时切断电容器，同时谐波电流信号与报警限值比较后越限，发出报警声；中央处理器同时记录故障信息并通过通讯模块向上级主机传送信息。

若谐振不消失，根据预设定的顺序断开其他一个电容器开关，至谐振消失；谐振消失后报警解除，开关可手动返回或经延时返回。

电流数据转换和处理、判断电流是否异常，报警限值设定，预设定开关投切顺序、控制逻辑的处理、系统状态输出控制等，均在中央处理器中进行。

本实用新型通过检测LCL滤波器滤波电容回路电流，经谐振检测单元运用谐波分析算法，实时监测滤波器运行状态，快速抑制系统谐振，从而保证光伏并网安全稳定运行。本设计的开关操作装置和信号检测装置安装简便，成本低廉，性能稳定，对现有设备易于改造。本实用新型的自动消谐装置是物理式消谐方法，适用多个LCL滤波器同时运行的谐振抑制，操作简便，原理简单，反应迅速，适用范围广泛，易于工程应用。