CN102801292A - 采用llcl型滤波器的限制反向恢复电流的准谐振变流器 - Google Patents

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孙运杰
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Abstract

本发明提出一种采用LLCL型滤波器的限制反向恢复电流的准谐振变流器，包括有等效直流电源，等效直流电源的输出端与升压变换器的输入端相连，还包括有可控电容支路及三相输出变流器，三相输出变流器两端与升压变换器的输出端连接，可控电容支路一端与三相输出变流器的正母线端相连接，可控电容支路的另一端与等效直流电源的正输出端相连接，三相输出变流器连接有滤波器，三相输出变流器通过该滤波器与电网或负载连通；该变流器综合考虑了可再生能源发电系统在应用当中遇到的直流电压输出范围大、开关软化、变流器输出滤波等问题，可控电容支路的连接方式发生变化，可控电容支路的耐压可以大为降低，从而经一步降低成本。

Description

采用LLCL型滤波器的限制反向恢复电流的准谐振变流器
技术领域
本发明涉及变流器，尤其涉及采用LLCL型滤波器的限制反向恢复电流的准谐振变流器。
背景技术
随着传统能源日益紧张，新型清洁能源（如太阳能、燃料电池）发电技术越来越受到人们的关注。常用的基于PWM调制技术的并网变流器会产生大量高次谐波，容易污染公共电网。考虑到“绿色”电网的要求，变流器装置与公共电网之间一般要通过一个低通滤波器相连接，防止过量开关频率以及倍频处的电流谐波注入公共电网。对于单相变流器来说，输出滤波器采用LLCL型滤波器可以达到最小电感量的目的，LLCL型滤波器是由一主滤波器、辅助滤波器以及一电感和一电容组成的谐振支路组成，它的设计原理是建立在LCL型滤波器的基础上，即将传统LCL滤波器的电容支路改为特定频率(一般为开关频率)的谐振电路，为主要谐波电流提供旁路通道，从而降低滤波器总电感量。但是仅采用传统LLCL滤波器后，系统在150 kHz至30 MHz的滤波能力有所下降。
在传统的三相三线制变流器中，为了减小输出电流失真，多采用三角载波调制方式。但采用三角载波调制方式时，LLCL型滤波器需要为变流器产生的谐波电流提供载波频率和两倍频的双电流旁路通道，结构复杂。如果采用锯齿载波调制方式，则变流器输出谐波电流频率恰好集中在载波频率处，这时LLCL型滤波器只需要提供单电流旁路通道，此时LLCL型滤波器结构和参数设计方法也相对简单；但是仅采用传统LLCL滤波器后，系统在150 kHz至30 MHz的滤波能力有所下降。传统的三相逆变器采用锯齿载波调制方式时，输出电流波形失真严重。在传统三相变流器供电系统中，由于高耐压器件相对于低耐压器件的反向恢复特性要差很多，且开关器件多处于硬开通、关断状态，因而三相DC/AC变流器难以在低成本的前提下提高功率密度。同时，采用限制反向恢复电流的准谐振变流器，可控电压支路的电容耐压高，成本不宜进一步降低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供采用LLCL型滤波器的限制反向恢复电流的准谐振变流器，以降低生产成本，提高工作效率。
为此，本发明采用以下技术方案，
采用LLCL型滤波器的限制反向恢复电流的准谐振变流器，包括有等效直流电源，等效直流电源的输出端与升压变换器的输入端相连，还包括有可控电容支路及三相输出变流器，三相输出变流器两端与升压变换器的输出端连接，可控电容支路一端与三相输出变流器的正母线端相连接，可控电容支路的另一端与等效直流电源的正输出端相连接，其特征在于，三相输出变流器连接有滤波器，三相输出变流器通过该滤波器与电网或负载连通；
根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，滤波器包括有三条滤波支路，各滤波支路分别包含有滤波电感组、旁路电容和串联谐振电路，滤波电感组由主滤波电感和辅助滤波电感串接形成，旁路电容和串联谐振电路从主滤波电感与辅助滤波电感之间引出，串联谐振电路由谐振电感和谐振电容串接形成；
在本发明的一个实施例中，滤波支路之间由旁路电容和串联谐振电路各自形成三角形连接结构；
在本发明的一个实施例中，滤波支路之间由旁路电容和串联谐振电路各自形成星形连接结构；
在本发明的一个实施例中，滤波支路之间由旁路电容形成星形连接结构，串联谐振电路形成三角形连接结构；
在本发明的一个实施例中，滤波支路之间由旁路电容形成三角形连接结构，串联谐振电路形成星形连接结构；
可控电容支路由电容和控制开关串联组成，串接在等效电源的正端输出和三相输出变流器的正母线之间；
辅助谐振支路由电感和二极管形成，辅助谐振支路与可控电容支路并联；
辅助谐振支路、可控电容支路并联以及升压电路中的二极管和电感组成续流电路可以同时移至等效电源负端与三相输出变流器的负母线之间，但可控开关以及二极管的导通方向相应同时改变；
可控电容支路的开关管可采用SiC或GaN材料制成的MOSFET器件来代替，以降低导通损耗。
本发明的优点在于，该变流器综合考虑了可再生能源发电系统在应用当中遇到的直流电压输出范围大、开关软化、变流器输出滤波等问题，提出一种更为低成本、高效率的变流器拓扑；与传统限制反向恢复电流的准谐振变流器相比，可控电容支路的连接方式发生变化，可控电容支路的耐压可以大为降低，从而经一步降低成本；变流器采用锯齿载波调制方式，输出电流谐波频率集中，输出LLCL型滤波器的结构最为简单，同时具有更好抑制150 kHz～30 MHz波段谐波电流的能力。
附图说明
图1是本发明提出的变流器实施例之一的结构示意图；
图2是实施例之二中滤波器的结构示意图。
图3是实施例之三中滤波器的结构示意图。
图4是实施例之四中滤波器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明提出的变流器包括有等效直流电源1，等效直流电源1的输出端与升压变换器2的输入端相连，还包括有可控电容支路3及三相输出变流器4，可控电容支路3一端与等效电源的正端连接，可控电容支路3另一端与三相输出变流器4的正母线连接，三相输出变流器4连接有滤波器6，三相输出变流器4通过滤波器6与电网或负载连通；
滤波器6包括有三条滤波支路，各滤波支路分别包含有滤波电感组、旁路电容和串联谐振电路，滤波电感组由主滤波电感和辅助滤波电感串接形成，旁路电容和串联谐振电路从主滤波电感与辅助滤波电感之间引出，串联谐振电路由谐振电感和谐振电容串接形成，各滤波电感组一端分别与三相输出变流器的交流输出端分别相连，各滤波电感组一端分别与三相电源或负载分别相连；
在图1所示的实施例中，滤波支路之间由旁路电容和串联谐振电路各自形成三角形连接结构；在图2所示的实施例中，滤波支路之间由旁路电容和串联谐振电路各自形成星形连接结构；在图3所示的实施例中，滤波支路之间由旁路电容形成星形连接结构，串联谐振电路形成三角形连接结构；在图4所示的实施例中，滤波支路之间由旁路电容形成三角形连接结构，串联谐振电路形成星形连接结构；
在图1所示的实施例中，可控电容支路由电容和控制开关串联组成，串接在等效电源的正端输出和三相输出变流器的正母线之间；
辅助谐振支路由电感和二极管形成，辅助谐振支路与可控电容支路并联；
辅助谐振支路、可控电容支路并联以及升压电路中的二极管和电感组成续流电路可以同时移至等效电源负端与三相输出变流器的负母线之间，但可控开关以及二极管的导通方向相应同时改变；
可控电容支路的开关管可采用SiC或GaN材料制成的MOSFET器件来代替，以降低导通损耗。
该变流器综合考虑了可再生能源发电系统在应用当中遇到的直流电压输出范围大、开关软化、变流器输出滤波等问题，提出一种更为低成本、高效率的变流器拓扑；与传统两级式限制反向恢复电流的准谐振变流器相比，可控电容支路的连接方式发生了变化，直流电容的耐压降低，进一步减少了成本；变流器采用锯齿载波调制方式，输出电流谐波频率集中，输出改进LLCL型滤波器的结构最为简单，同时具有更好抑制150 kHz～30 MHz波段谐波电流的能力。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.采用LLCL型滤波器的限制反向恢复电流的准谐振变流器，包括有等效直流电源，等效直流电源的输出端与升压变换器的输入端相连，还包括有可控电容支路及三相输出变流器，三相输出变流器两端与升压变换器的输出端连接，可控电容支路一端与三相输出变流器的正母线端相连接，可控电容支路的另一端与等效直流电源的正输出端相连接，其特征在于，三相输出变流器连接有滤波器，三相输出变流器通过该滤波器与电网或负载连通。
2.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，滤波器包括有三条滤波支路，各滤波支路分别包含有滤波电感组、旁路电容和串联谐振电路，滤波电感组由主滤波电感和辅助滤波电感串接形成，旁路电容和串联谐振电路从主滤波电感与辅助滤波电感之间引出，串联谐振电路由谐振电感和谐振电容串接形成。
3.根据权利要求2所述的变流器，其特征在于，滤波支路之间由旁路电容和串联谐振电路各自形成三角形连接结构。
4.根据权利要求2所述的变流器，其特征在于，滤波支路之间由旁路电容和串联谐振电路各自形成星形连接结构。
5.根据权利要求2所述的变流器，其特征在于，滤波支路之间由旁路电容形成星形连接结构，串联谐振电路形成三角形连接结构。
6.根据权利要求2所述的变流器，其特征在于，滤波支路之间由旁路电容形成三角形连接结构，串联谐振电路形成星形连接结构。
7.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，可控电容支路由电容和控制开关串联组成，串接在等效电源的正端输出和三相输出变流器的正母线之间。
8.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，辅助谐振支路由电感和二极管形成，辅助谐振支路与可控电容支路并联。
9.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，辅助谐振支路、可控电容支路并联以及升压电路中的二极管和电感组成续流电路可以同时移至等效电源负端与三相输出变流器的负母线之间，但可控开关以及二极管的导通方向相应同时改变。
10.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，可控电容支路的开关管可采用SiC或GaN材料制成的MOSFET器件来代替，以降低导通损耗。
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