一种高阶滤波器的拓扑结构及其等效电路分析方法

本发明涉及分布式发电系统，特别涉及一种高阶滤波器的拓扑结构及其等效电路分析方法。

背景技术：

1、作为分布式发电系统和电力电网之间的接口，并网逆变器在向电网中注入高质量电能这一过程中扮演着重要的角色。为了抑制注入电网的开关谐波电流，有必要在电网和逆变器之间接入低通无源滤波器，如lcl型滤波器或更高阶的滤波器。

2、但使用高阶滤波器作为网侧滤波器会使谐振问题更为复杂，且增加了系统准确建模的难度，从而导致控制器参数和阻尼参数的设计变得十分困难。

3、基于此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高阶滤波器的拓扑结构及其等效电路分析方法，能够准确化简高阶滤波器模型，有效降低系统数学模型的阶数，方便在等效模型的基础之上设计阻尼参数，在满足系统稳定性的同时还能保证系统的动态特性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、首先，在第一方面，本发明提出了一种高阶滤波器的拓扑结构，包括：

4、逆变器侧电感l1、网侧电感l2、网侧电感lg、滤波器电容器cf、谐振电容器c1，c2，…,cn和谐振电感器lf1，lf2，…，lfn；其中

5、谐振电容器c1和谐振电感器lf1组合，谐振电容器c2和谐振电感器lf2组合，…，谐振电容器cn和谐振电感器lfn组合，形成多条谐振支路；滤波器电容器cf作为电容支路；最终形成陷波频率在开关频率或开关频率倍频处的lc谐振电路(从阻抗的角度也可以理解成陷波电路)为高阶滤波器的等效电路，以此获得所述高阶滤波器的等效lcl滤波器。多组lfn-cn谐振电路可以实现多个开关谐波频率点处的0阻抗，而单独的电容支路cf则保证了高频段－60db/decade的衰减。

6、本发明在第二发明提供了一种高阶滤波器的拓扑结构的等效电路分析方法，包括如下步骤：

7、步骤(1)根据支路等效电容和总等效电容，计算电网阻抗为0时准确的谐振频率；

8、步骤(2)由计算出来的谐振频率，进行扫频，依次带入高阶滤波器的传递函数，确定增益值最大的点，得到高阶滤波器准确的第一谐振频率；

9、步骤(3)由第一谐振频率计算得准确的支路等效电容，进而计算得到新的总等效电容；

10、步骤(4)当电网阻抗变化时，更新电网阻抗，根据新的总等效电容重新计算得到谐振频率的准确近似值，修正等效lcl滤波器。

11、与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

12、(1)本发明方法的使用不受滤波器阶数、电压等级和功率等级的限制，具有较大的应用范围，很强的实用性。

13、(2)本发明等效后的高阶滤波器型并网逆变器电路系统阶次有效降低，且呈现lcl结构。

14、(3)本发明提出等效电路可以直接应用lcl型系统中的设计方法，简化了设计与运算，且有效控制了近似误差。

技术特征：

1.一种高阶滤波器的拓扑结构，其特征在于，包括：

2.一种如上述权利要求1所述的高阶滤波器的拓扑结构的等效电路分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的高阶滤波器的拓扑结构的等效电路分析方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：令所有的支路等效电容ceqi＝ci，则可由

4.根据权利要求3所述的高阶滤波器的拓扑结构的等效电路分析方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：利用步骤(1)计算出来的谐振频率以10hz为单位开始往下扫频，并依次带入到高阶滤波器的传递函数gho_grid(s)＝ig(s)/ui(s)中，增益值最大的点就是高阶滤波器的第一谐振频率点

5.根据权利要求4所述的高阶滤波器的拓扑结构的等效电路分析方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：将步骤(2)得到的第一谐振频率点代入

6.根据权利要求5所述的高阶滤波器的拓扑结构的等效电路分析方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：使用步骤(3)得到的新的总等效电容c′f，利用公式重新计算得到新的作为高阶滤波器第一谐振频率的准确近似值，支路等效电容为ceqi，总等效电容为c′f，第一谐振频率为的新电路为等效后的电路。

技术总结
本发明提供了一种高阶滤波器的拓扑结构及其等效电路分析方法，涉及分布式发电系统技术领域。本发明方法先通过计算电网阻抗为0时准确的谐振频率，接着进行扫频，依次带入高阶滤波器的传递函数，确定增益值最大的点，得到高阶滤波器准确的第一谐振频率；然后计算得准确的支路等效电容，进而计算得到新的总等效电容；最后更新电网阻抗，根据新的总等效电容重新计算得到谐振频率的准确近似值。本发明方法能够准确化简高阶滤波器模型，有效降低系统数学模型的阶数，方便在等效模型的基础之上设计阻尼参数，在满足系统稳定性的同时还能保证系统的动态特性。

技术研发人员：叶杰,张智雄,罗欣,唐其鹏,沈安文,徐金榜
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13