一种用于逆变电路的滤波器及逆变电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及电力技术领域，特指一种用于逆变电路的滤波器及逆变电路。
【背景技术】
[0002] 随着化石能源的日益枯竭，对各种可再生能源和再生制动能量的并网具有重要意 义。作为并网系统中的关键环节，并网逆变电路受到越来越多的关注，由于普遍采用PWM调 制，并网逆变电路注入电网的电流将含有开关频率及其边频带的谐波，因此滤波电路是逆 变电路中不可或缺的一部分，滤波电路不仅影响到电流环的动、静态响应，还制约着逆变器 的输出功率、功率因数、入网电流的谐波含量、运行效率等。目前常用的滤波器有纯L型、 LCL型、LLCL型三种。其中纯L型滤波器体积较大且滤波效果一般，而传统LCL以及LLCL 滤波器通过构建三阶低压滤波器，如图1所示，与L滤波器相比对于同样谐波标准和较低的 开关频率，能采用相对较小的滤波电感设计，这有利于减小系统体积，并降低成本和损耗， 如图1所示，LCL滤波器由逆变器侧滤波电感L、滤波电容C、网侧滤波电感L g组成。LCL波 滤器作为一种三阶滤波电路，能对谐波电压分量形成衰减，从而使入网电流谐波幅值变小， 其输入电压U 1对输出电流i g的传递函数为：
[0003]
⑴
[0004] 其幅频特性如图2所示。
[0005] 然而，对于一些周期运行的变网逆变电路，在逆变电路停止运行不能进行功率因 数调节时，LCL或LLCL滤波器的持续挂网将产生无功功率，而且电容端电压越高、电容的容 值越大，产生的无功功率也越大，这对电网的电能品质以及系统的效率都是不利的；当逆变 电路暂停运行时，此时逆变电路输出端的交流侧回路如图3所示，其中i。为无功电流，其大 小为：
[0006]
[0007] 其中f为电网电压基波频率，由于L和C值较小，故主要为容性无功电流。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种结构简单、具有滤波且不会产生无功功率的用于逆变电路的滤波器，并相应提供一种具 有此滤波器的逆变电路。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
[0010] -种用于逆变电路的滤波器，包括串联于所述并网逆变电路的输出回路中的LC 并联谐振电路以及第一电感。
[0011] 作为上述技术方案的进一步改进：
[0012] 所述LC并联谐振电路包括相互并联的第二电感和电容。
[0013] 所述电容串联一第一电阻后与所述第二电感并联。
[0014] 所述第二电感串联一第二电阻后与所述电容并联。
[0015] 还包括第三电阻，所述第三电阻分别与LC并联谐振电路和第一电感串联。
[0016] 还包括第四电阻，所述第四电阻与所述LC并联谐振电路并联。
[0017] 还包括第五电阻，所述第五电阻与所述第一电感并联。
[0018] 本发明还公开了一种逆变电路，包括逆变器，所述逆变器的输出回路中串联有如 上所述的滤波器。
[0019] 作为上述技术方案的进一步改进：
[0020] 所述逆变器为三相逆变器，所述LCL滤波器串联于三相逆变器的各相输出回路 中。
[0021] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0022] 本发明的用于逆变电路的滤波器，应用于周期性工作的并网逆变电路中，将LC并 联谐振回路和第一电感串联于逆变电路的输出回路中，不仅能够起到滤波的作用，而且在 逆变电路不工作时，也能够保证不产生无功功率。另外在不同位置增加电阻，能够起到一定 的谐振抑制作用。本发明的逆变器在暂停时不会产生无功功率，运行效率更高。
【附图说明】
[0023] 图1为现有技术中滤波器在具体应用时的电路原理图。
[0024] 图2为现有技术中滤波器的幅频特性图。
[0025] 图3为现有技术中逆变电路暂停工作时逆变电路输出侧的电路图。
[0026] 图4为本发明的逆变电路的电路原理图。
[0027] 图5为本发明的LCL滤波器的幅频特性图。
[0028] 图6为本发明的LCL滤波器的电路原理图之一。
[0029] 图7为本发明的LCL滤波器的电路原理图之二。
[0030] 图8为本发明的LCL滤波器的电路原理图之三。
[0031] 图9为本发明的LCL滤波器的电路原理图之四。
[0032] 图10为本发明的LCL滤波器的电路原理图之五。
[0033] 图11为本发明中带有源阻尼算法的控制结构图。
[0034] 图12为本发明中传递函数D (s)的幅频特性图。
[0035] 图13为本发明中传送函数Gn (s)的幅频特性图。
【具体实施方式】
[0036] 以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
[0037] 如图4至图13所示，本实施例的用于逆变电路的滤波器，包括串联于并网逆变电 路的输出回路中的LC并联谐振电路以及第一电感L g，其中LC并联谐振电路包括相互并联 的第二电感和电容；本发明的并网逆变电路为周期性工作，当并网逆变电路暂停工作时，由 于电容是串联于输出回路中，因此不会产生无功功率而影响电网，而且同样能够起到滤波 的作用。
[0038] 如图4所示，本实施例中，LC并联谐振回路由较小感值的电感L与较小容值的电容 C构成，将逆变电路输出的开关频率及其附近的电压谐波与电网隔离，其中第一电感1^只需 要对两倍及两倍以上的开关频率附近的谐波进行滤波，较纯L滤波器提高了对并网电流的 滤波效果，其输入电压U 1对输出电流i g的传递函数为：
[0039]
(.3):
[0040] 由上可见LCL滤波器实际上只是一个一阶滤波器，其幅频特性图如图5所示。另 外由于可在单倍开关频率处构建一个LC并联谐振电路，可使后级L滤波器只需对两倍开关 频率处的谐波进行衰减，高的谐波频率更利于滤除，由PffM控制理论可知，两倍开关频率处 电压谐波幅值也较小，如此一来经过合适的参数匹配可使最终的并网电流谐波含量满足相 关标准要求。
[0041] 另外，在图5中，可以看出本发明的LCL滤波器同样存在谐振峰，其谐振频率为：
[0042]
(4)
[0043] 因此使得并网系统稳定性下降，且将使并网电流波形变差，为了抑制谐振，采用无 源阻尼和有源阻尼两种形式，分别叙述如下：
[0044] (1)无源阻尼：根据电阻与元件连接方法不同，可以分为图6至图10所示的五种 增加阻尼的方式，对应分别为：滤波电容串联第一电阻RU第二电感串联第二电阻R2、第 一电感串联第三电阻R3、滤波电容以及第二电感并联第四电阻R4、第一电感串联第五电阻 R5,其对应的输入电压U1对输出电流ig的传递函数分别如式（5)~（9)所示：
[0045] (5)
[0046] (6)
[0047] m
[0048] (S)
[0049] (9)
[0050] 从传递函数的形式来看，无源阻尼将使滤波器的性能下降，且会增加系统损耗，因 此在谐振抑制方法上优选采用如下有源阻尼。
[0051] (2)有源阻尼
[0052] 有源阻尼可通过在电流环前向通道中引入适当的变量反馈，优选地，以滤波电容 电流i。为反馈变量的有源阻尼叙述如下：
[0054]
[0053] 逆变器输出电压νιη到i。的传递函数E (s)为：
(10)
[0055] 带有有源阻尼算法的控制结构简图如图11所示，图11中Γ为参考电流值，C(S) 为电流控制环传递函数，K pwm为桥路PffM等效增益，G (s)为基于本发明所述LCL滤波器的电 压型并网逆变电路输出电压Vin到并网电流i g的传递函数，E (s)为输出电压到滤波电容电 流的传递函数，K为反馈回路的配置参数。
[0056] 则电流控制环输出\(s)到网侧电流ig的传递函数Gn(S)为：
[0057] (11)
[0058]
[0059] 另外传递函数D(S)的幅频特性如图12所示：电流控制环输出\(s)到网侧电流 ig传递函数6"(幻的幅频特性如图13所示。
[0060] 本发明还相应公开了一种并网逆变电路，包括逆变器，逆变器的输出回路中串联 有如上所述的LCL滤波器，如果逆变器为单相逆变器，LCL滤波器则串联于单相逆变器的输 出电路中，如果逆变器为三相逆变器，则三组LCL滤波器分别串联于三相逆变器的各相输 出回路中。因此，本发明的并网逆变电路同样具有滤波以及不会产生无功功率的优点。
[0061] 以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例， 凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护 范围。
【主权项】
1. 一种用于逆变电路的滤波器，其特征在于，包括串联于所述并网逆变电路的输出回 路中的LC并联谐振电路以及第一电感。2. 根据权利要求1所述的用于逆变电路的滤波器，其特征在于，所述LC并联谐振电路 包括相互并联的第二电感和电容。3. 根据权利要求2所述的用于逆变电路的滤波器，其特征在于，所述电容串联一第一 电阻后与所述第二电感并联。4. 根据权利要求2所述的用于逆变电路的滤波器，其特征在于，所述第二电感串联一 第二电阻后与所述电容并联。5. 根据权利要求1或2所述的用于逆变电路的滤波器，其特征在于，还包括第三电阻， 所述第三电阻分别与LC并联谐振电路和第一电感串联。6. 根据权利要求1或2所述的用于逆变电路的滤波器，其特征在于，还包括第四电阻， 所述第四电阻与所述LC并联谐振电路并联。7. 根据权利要求1或2所述的用于逆变电路的滤波器，其特征在于，还包括第五电阻， 所述第五电阻与所述第一电感并联。8. -种逆变电路，包括逆变器，其特征在于，所述逆变器的输出回路中串联有如权利要 求1至7中任意一项所述的LCL滤波器。9. 根据权利要求8所述的逆变电路，其特征在于，所述逆变器为三相逆变器，所述LCL 滤波器串联于三相逆变器的各相输出回路中。
【专利摘要】本发明公开了一种用于逆变电路的滤波器，包括串联于所述并网逆变电路的输出回路中的LC并联谐振电路以及第一电感。本发明的滤波器不仅具有滤波的作用，而且能够防止产生无功功率的产生。本发明还公开了一种逆变电路，包括逆变器，所述逆变器的输出回路中串联有此滤波器。本发明的逆变电路同样具有滤波以及防止无功功率产生的优点。
【IPC分类】H02M1/12, H02M7/42
【公开号】CN105119470
【申请号】CN201510534631
【发明人】唐龙, 翁星方, 刘海涛, 林文彪, 邹档兵, 谢湘剑, 张祥, 邹今换, 宋乾儒, 王雄, 董其爱
【申请人】株洲南车时代电气股份有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月27日