CN103414191A - 一种新型并网接口滤波器及其无源阻尼方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子领域。新型并网接口滤波器，包括逆变器侧滤波电感、网侧滤波电感、滤波电容和滤波电感，逆变器侧滤波电感左端连接并网逆变器输出端口，右端连接至滤波器节点；网侧滤波电感左端连接至滤波器节点，右端连接至滤波器输出端口；滤波电感与一滤波电容并联后再与另一滤波电容串联，该分支电路上端连接至滤波器节点，下端连接至滤波器与逆变器及电网的公共节点。新型并网接口滤波器的无源阻尼方法，采用上述的新型并网接口滤波器电路，并在与滤波电感并联的那个滤波电容的两端并联一个阻尼电阻。本发明的新型并网接口滤波器具有高频滤波特性好、功率损耗小的优点，因而使得并网滤波器整机系统性能好、体积小、成本低、效率高。

Description

一种新型并网接口滤波器及其无源阻尼方法

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体涉及在新能源发电系统中逆变器连接公共电网的新型并网接口滤波器及无源阻尼方法。

背景技术

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）中并网逆变器脉宽调制和系统非线性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滤波器，传统并网逆变器采用L型滤波器。为降低滤波电感体积和成本，提高并网逆变器的并网电流动态跟踪速度，目前解决该技术的主要方式是采用LCL型滤波器，LCL型滤波器的滤波电容对高频电路相当于短路，因而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，因此在同样滤波效果的情况下LCL型滤波器的总电感值要比L型滤波器显著减小，而且仍然能够保持系统良好的动态响应速度。然而，随着新能源的大规模开发和利用，随着并网逆变器功率等级的不断加大，功率器件开关频率相应会降低，为使并网电流谐波含量仍然满足相关谐波标准，仍然需要较大的电感体积和成本，这将影响并网逆变器效率和整机成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型并网接口滤波器，以解决上述技术问题。

本发明的目的还在于提供一种新型并网接口滤波器的无源阻尼方法，以解决上述技术问题。

本发明可以采用以下技术方案来实现：

一种新型并网接口滤波器，包括逆变器侧滤波电感、网侧滤波电感、滤波电容和滤波电感，其特征在于：逆变器侧滤波电感左端连接并网逆变器输出端口，右端连接至滤波器节点；

网侧滤波电感左端连接至滤波器节点，右端连接至滤波器输出端口；

滤波电感与一滤波电容并联后再与另一滤波电容串联，该分支电路上端连接至滤波器节点，下端连接至滤波器与逆变器及电网的公共节点。

作为一种优选方案，与滤波电感并联的那个滤波电容的两端还并联有一阻尼电阻，所述滤波电感在低频段阻抗低于阻尼电阻的电阻值，与滤波电感并联的那个滤波电容的在高频段阻抗高于阻尼电阻的电阻值。

滤波器优选为高频衰减特性为-60dB\10倍频程的滤波器。

滤波电感与滤波电容谐振频率优选等于并网逆变器脉冲宽度调制的载波频率。

一种新型并网接口滤波器的无源阻尼方法，其特征在于：采用上述的新型并网接口滤波器电路，并在与滤波电感并联的那个滤波电容的两端并联一个阻尼电阻。

作为一种优选方案，所述滤波电感在低频段阻抗低于阻尼电阻电阻值。与滤波电感并联的那个滤波电容的在高频段阻抗高于阻尼电阻电阻值。

有益效果：在保证滤波器高频谐波衰减特性与传统LCL滤波器相同即-60dB\10倍频程的前提下，相比传统LCL滤波器在三个方面得到改进，滤波电感、滤波电容支路对逆变器最主要的载波频率次谐波起到陷波器的作用，从而极大地降低了并网电流的谐波含量或者在保持满足并网谐波标准要求的前提下可以极大地减小网侧滤波电感的电感值；滤波电感减少了阻尼电阻在基频及低频段的功率损耗；滤波电容减少了阻尼电阻在高频段的功率损耗。因为滤波电感、滤波电容支路构成的陷波器谐振频率是非常高的载波频率，所以电感取值非常小。因此本发明的新型并网接口滤波器具有高频滤波特性好、功率损耗小的优点，因而使得并网滤波器整机系统性能好、体积小、成本低、效率高。

附图说明

图1为新型并网接口滤波器的结构示意图；

图2为采用无源阻尼方法时新型并网接口滤波器的结构示意图；

图3为新型滤波器及无源阻尼方法在单相并网逆变器中的接线示意图；

图4为新型并网接口滤波器的频率特性图；

图5为新型并网接口滤波器中L_f1、C_f1、C_f2支路的频率特性图；

图6为采用无源阻尼方法时新型并网接口滤波器的频率特性图。

具体实施方式

为了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，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1、图2和图3，一种新型并网接口滤波器，包括逆变器侧滤波电感、网侧滤波电感、滤波电容和滤波电感，逆变器侧滤波电感左端连接并网逆变器输出端口，右端连接至滤波器节点；网侧滤波电感左端连接至滤波器节点，右端连接至滤波器输出端口；滤波电感与一滤波电容并联后再与另一滤波电容串联，该分支电路上端连接至滤波器节点，下端连接至滤波器与逆变器及电网的公共节点。

本发明核心是将传统LCL滤波器的滤波电容分成图1所示的两个滤波电容C_f1和C_f2，并且在滤波电容C_f2的两端再并联滤波电感L_f1。最好C_f1和C_f2的电容总值与传统LCL滤波器滤波电容值相同，L_f1、C_f1、C_f2支路的谐振频率与并网逆变器脉冲宽度调制的载波频率相同。

作为一种优选方案，与滤波电感并联的那个滤波电容的两端还并联有一阻尼电阻，所述滤波电感在低频段阻抗低于阻尼电阻的电阻值，与滤波电感并联的那个滤波电容的在高频段阻抗高于阻尼电阻的电阻值。滤波器优选为高频衰减特性为-60dB\10倍频程的滤波器。

一种新型并网接口滤波器的无源阻尼方法，采上述新型并网接口滤波器电路，并在与滤波电感并联的那个滤波电容的两端并联一个阻尼电阻。作为一种优选方案，所述滤波电感在低频段阻抗低于阻尼电阻电阻值。与滤波电感并联的那个滤波电容的在高频段阻抗高于阻尼电阻电阻值。

具体实施例1，参照图1、图2、图3、图4、图5和图6，

如图1—图3所示，逆变器侧滤波电感L_inv左端连接并网逆变器输出端口A，右端连接至滤波器节点B，网侧滤波电感L_g左端连接至滤波器节点B，右端连接至滤波器输出端口C；滤波电感L_f1与滤波电容C_f2并联后再与C_f1串联，该分支电路上端连接至滤波器节点B，下端连接至滤波器与逆变器及电网的公共节点D。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u_inv，输入电流为i_inv，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u_g，输出电流为并网电流ig。

新型并网接口滤波器的传递函数为

$G_1\left(s\right)=\frac{i_g\left(s\right)}{u_{\mathrm{inv}}\left(s\right)}$

$=\frac{(L_{f1}{C}_{f1}{s}^2+L_{f1}{C}_{f2}{s}^2+1)}{(L_{\mathrm{inv}}{L}_g{L}_{f1}{C}_{f1}{C}_{f2}{s}^5+L_{\mathrm{inv}}{L}_g{C}_{f1}{s}^3+L_{\mathrm{inv}}{L}_{f1}{C}_{f1}{s}^3+L_{\mathrm{inv}}{L}_{f1}{C}_{f2}{s}^3+L_g{L}_{f1}{C}_{f1}{s}^3+L_g{L}_{f1}{C}_{f2}{s}^3+L_{\mathrm{inv}}s+L_{g}s)}$

G₁(s)的幅频特性如图4所示，从图中可以看出滤波器的高频衰减率为-60dB\10倍频程。

新型并网接口滤波器中L_f1、C_f1、C_f2支路的传递函数为

$G_2\left(s\right)=\frac{u_{\mathrm{BD}}\left(s\right)}{i_h\left(s\right)}=\frac{(L_{f1}{C}_{f1}{s}^2+L_{f1}{C}_{f2}{s}^2+1)}{(L_{f1}{C}_{f1}{C}_{f2}{s}^3+C_{f1}s)}$

滤波器输入电流i_inv中最主要的谐波成分是由逆变器脉宽调制导致，因此从图5可以看出，若载波频率与L_f1、C_f1、C_f2支路谐振频率相同，则i_inv中的谐波电流理论上可通过C_f1、C_f2和L_f1支路得到无限的衰减。与传统LCL滤波器在载波频率处-60dB\10倍频程的衰减率相比，新型并网接口滤波器的滤波效果得到极大的提高。

从图4还可以看出，新型并网接口滤波器存在两个谐振尖峰，为保证并网逆变器系统的稳定运行，在滤波电容C_f2两端并联电阻R_d对谐振尖峰进行阻尼，引入无源电阻阻尼的新型并网接口滤波器的频率特性如图6所示，由图可知通过适当的并网控制技术，逆变器产生的谐波成分经过新型并网接口滤波器会得到很好地衰减，提高并网电流质量，满足相关谐波标准。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述使用方法的限制，上述使用方法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效物界定。

Claims (7)

1.一种新型并网接口滤波器，包括逆变器侧滤波电感、网侧滤波电感、滤波电容和滤波电感，其特征在于：逆变器侧滤波电感左端连接并网逆变器输出端口，右端连接至滤波器节点；

网侧滤波电感左端连接至滤波器节点，右端连接至滤波器输出端口；

滤波电感与一滤波电容并联后再与另一滤波电容串联，该分支电路上端连接至滤波器节点，下端连接至滤波器与逆变器及电网的公共节点。

2.根据权利要求1所述的一种新型并网接口滤波器，其特征在于：与滤波电感并联的那个滤波电容的两端还并联有一阻尼电阻，所述滤波电感在低频段阻抗低于阻尼电阻的电阻值，与滤波电感并联的那个滤波电容的在高频段阻抗高于阻尼电阻的电阻值。

3.根据权利要求1所述的一种新型并网接口滤波器，其特征在于：滤波器为高频衰减特性为-60dB\10倍频程的滤波器。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种新型并网接口滤波器，其特征在于：滤波电感与滤波电容谐振频率等于并网逆变器脉冲宽度调制的载波频率。

5.一种新型并网接口滤波器的无源阻尼方法，其特征在于：采用权利要求1所述的新型并网接口滤波器电路，并在与滤波电感并联的那个滤波电容的两端并联一个阻尼电阻。

6.根据权利要求5所述的一种新型并网接口滤波器的无源阻尼方法，其特征在于：所述滤波电感在低频段阻抗低于阻尼电阻电阻值。

7.根据权利要求5所述的一种新型并网接口滤波器的无源阻尼方法，其特征在于：与滤波电感并联的那个滤波电容的在高频段阻抗高于阻尼电阻电阻值。

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