CN103457265A - 一种lcl滤波器无源阻尼电路 - Google Patents

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许德志
毛华龙
阮毅
张巍
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Abstract

本发明公开了一种LCL滤波器无源阻尼电路，由阻尼电感L d1、阻尼电感L d2和阻尼电阻R d构成，本无源阻尼电路对LCL滤波器（包括逆变器侧滤波电感L inv、网侧滤波电感L g和滤波电容C f）的谐振尖峰进行有效抑制，以保证并网逆变器系统稳定运行。阻尼电感L d2和阻尼电阻R d并联后再与阻尼电感L d1串联，L d1上端连接至节点D，L d1下端连接至节点E，L d2 R d并联电路上端连接至节点E，下端连接至与逆变器及电网的负极公共节点F。本发明的LCL滤波器无源阻尼方法采用并网电流单环反馈控制即可保证逆变器系统稳定运行，无需复杂的反馈控制算法和额外的电压或电流传感器，系统可靠性和鲁棒性较高，具有实现简单、成本低廉、系统功率损耗小等优点。

Description

一种LCL滤波器无源阻尼电路
技术领域
本发明涉及电力电子装置技术领域，特别是涉及一种可再生能源并网逆变器系统中LCL滤波器的无源阻尼电路。
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）中并网逆变器的PWM脉宽调制过程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低通滤波器。传统滤波器一般采用单电感，即L滤波器。L滤波器结构简单、控制方便，增大电感值可有效改善滤波效果，但同时也导致滤波器体积增大，并且影响系统动态性能。相比L滤波器，LCL型滤波器的滤波电容对高频电路相当于短路，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（在同样滤波效果的情况下LCL型滤波器的总电感值要明显小于L型滤波器），因此在低开关频率或小电感值的情况下仍然能够获得高质量的入网电流波形，而且能够保持系统良好的动态响应速度。
然而，由于LCL滤波器是一个三阶环节，其频率响应存在一个固有谐振峰，谐振极点的引入威胁着并网系统的安全稳定运行，因此对并网电流控制技术提出了更高的要求。为克服系统的欠阻尼甚至无阻尼特性，一个常见的解决方案是采用有源阻尼技术，该方法是通过在并网电流控制回路中引入额外的反馈控制策略来实现滤波器谐振尖峰的抑制，进而保证系统稳定可靠运行，但额外增加的复杂反馈控制策略或电压电流传感器增加了系统成本，同时也降低了系统的可靠性和鲁棒性。具有实现简单、成本低廉、系统功率损耗小等优点。另一个实用的解决方案是采用无源阻尼技术，通常是在LCL滤波器电容支路上串联或并联一个阻尼电阻以改善系统的阻尼特性，无源阻尼技术具有实现简单、成本低廉等优点，但同时也引入了额外的系统功率损耗。滤波电容串联电阻无源阻尼方法引入的功率损耗不大，但是降低了LCL滤波器的高频谐波衰减能力；而滤波电容并联电阻无源阻尼方法虽然不影响LCL滤波器的高频谐波衰减能力，但是会引入非常大的功率损耗，影响了整机效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有LCL滤波器无源阻尼技术功率损耗和高频谐波衰减效果之间的矛盾和不足，提供一种采用电感、电阻相结合实现兼顾LCL滤波器谐振尖峰抑制和滤波器高频衰减特性的LCL滤波器无源阻尼电路。
为达到上述目的，本发明的构思是：在LCL滤波器滤波电容支路串联由两个电感L d1、L d2和一个电阻R d构成的无源谐振阻尼电路，实现滤波器谐振尖峰的有效抑制，要求L d1、L d2和C f所组成电路网络的串联谐振频率与并网逆变器PWM调制技术的载波频率相同，要求阻尼电感L d1和L d2的总电感值（体积和成本）远小于逆变器侧滤波电感L inv和网侧滤波电感L g的总电感值。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种LCL滤波器无源阻尼电路，包括两个阻尼电感L d1和L d2和一个阻尼电阻R d。其特征在于：阻尼电感L d2和阻尼电阻R d并联后再与阻尼电感L d1串联，阻尼电感L d1上端连接至LCL滤波器的滤波电容C f支路的输出节点D，阻尼电感L d1下端连接至节点E，L d2 R d并联电路上端连接至节点E，L d2 R d并联电路下端连接至与逆变器及电网的负极公共节点F。
所述阻尼电感L d1、阻尼电感L d2及滤波电容C f组成电路网络的串联谐振频率与并网逆变器PWM调制技术的载波频率相同。
所述阻尼电阻R d对LCL滤波器谐振尖峰进行抑制。
所述阻尼电感L d1和L d2的总电感值远小于逆变器侧滤波电感和网侧滤波电感的总电感值。
所述滤波电感L d2在低频段阻抗值远低于阻尼电阻R d的电阻值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：阻尼电感L d1、L d2与滤波电容C f能够实现对逆变器最主要的载波频率次谐波分量起到陷波器作用，从而能够抵消阻尼电阻R d对LCL滤波器高频谐波特性的影响（由引入无源阻尼技术前的-60dB\10倍频程下降为引入无源阻尼技术后的-40dB\10倍频程），保证并网电流总谐波畸变率的显著下降或保证满足并网谐波标准要求前提下滤波电感L g电感值的显著减小，进而降低整个LCL滤波器的体积成本和装置成本。由于滤波电感L d2在低频段阻抗值远低于阻尼电阻R d的电阻值，因此减小了阻尼电阻Rd在基频及低频段的功率损耗。此外，由于L d1、L d2和C f所组成电路网络的串联谐振频率是非常高的PWM载波频率，因此L d1和L d2的总电感值相比L inv和网侧滤波电感L g的总电感值来说非常小，因此两个阻尼电感对LCL滤波器的体积、重量及成本的影响可以忽略。因此本发明的一种LCL滤波器无源阻尼方法具有实现简单、成本低廉、高频滤波特性好、功率损耗小、整机系统性能好等优点。
附图说明
图1为采用本发明无源阻尼技术后的LCL滤波器拓扑结构示意图。
图2为LCL滤波器本发明无源阻尼方法在单相并网逆变器系统中的接线示意图。
图3为未采用本发明无源阻尼技术时LCL滤波器的幅频特性图。
图4为采用本发明无源阻尼技术后LCL滤波器的幅频特性图。
图5为L d1、L d2和C f所组成电路网络的幅频特性图。
图6为采用本发明无源阻尼方法的单相并网逆变器入网电流波形。
图7为采用本发明无源阻尼方法的单相并网逆变器入网电流波形频谱图。
具体实施方式
下面对本发明优选实施例作详细说明：
实施例一：
参见图1和图2，本LCL滤波器无源阻尼电路，包括两个阻尼电感L d1和L d2和一个阻尼电阻R d。其特征在于：阻尼电感L d2和阻尼电阻R d并联后再与阻尼电感L d1串联，阻尼电感L d1上端连接至LCL滤波器的滤波电容C f支路的输出节点D，阻尼电感L d1下端连接至节点E，L d2 R d并联电路上端连接至节点E，L d2 R d并联电路下端连接至与逆变器及电网的负极公共节点F。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述阻尼电感L d1、阻尼电感L d2及滤波电容C f组成电路网络的串联谐振频率与并网逆变器PWM调制技术的载波频率相同。
所述阻尼电阻R d对LCL滤波器谐振尖峰进行抑制。
所述阻尼电感L d1和L d2的总电感值远小于逆变器侧滤波电感和网侧滤波电感的总电感值。
所述滤波电感L d2在低频段阻抗值远低于阻尼电阻R d的电阻值。
实施例三：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
如图1—图2所示，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LCL滤波器节点B，滤波电感L g左端连接至LCL滤波器节点B，右端连接至LCL滤波器输出端口C；阻尼电感L d2和阻尼电阻R d并联后再与阻尼电感L d1串联，L d1上端连接至节点D，L d1下端连接至节点E，L d2 R d并联电路上端连接至节点E，下端连接至滤波器与逆变器及电网的公共节点F。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。
LCL滤波器的传递函数为
Figure 2013103929481100002DEST_PATH_IMAGE002
LCL滤波器的谐振频率为
Figure 2013103929481100002DEST_PATH_IMAGE004
采用本发明无源阻尼技术后LCL滤波器的传递函数为
Figure 2013103929481100002DEST_PATH_IMAGE006
传递函数G LCL(s)的幅频特性如图3所示，传递函数G LCL_PD(s)的幅频特性如图4所示，从图3中可以看出未采用本发明无源阻尼技术时LCL滤波器在谐振频率f res处存在非常高的谐振尖峰，严重影响逆变器系统的稳定并网发电，LCL滤波器在高频段（高于谐振频率f res）的衰减率为-60dB\10倍频程。从图4中可以看出采用了新型无源阻尼技术后LCL滤波器的谐振尖峰得到很好地抑制。虽然本发明无源阻尼技术导致滤波器高频段的整体衰减效果有所下降（由-60dB\10倍频程下降为-40dB\10倍频程），但是对逆变器最主要的载波频率次谐波分量起到陷波器作用，只要对LCL滤波器参数及阻尼电感电阻参数进行合理地设计，就能够保证满足并网谐波标准要求的前提下，显著减小滤波电感L g的电感值，或者进一步降低并网电流谐波畸变率，或者保证并网电流谐波含量满足标准要求的前提下降低无源阻尼带来的额外系统功率损耗。
L d1、L d2和C f所组成电路网络的传递函数为
Figure 2013103929481100002DEST_PATH_IMAGE008
L d1、L d2和C f所组成电路网络的谐振频率为
Figure 2013103929481100002DEST_PATH_IMAGE010
由于LCL滤波器输入电流i inv中最主要的谐波成分是由逆变器PWM脉宽调制过程产生，因此从图5可以看出，若PWM载波频率与L d1、L d2和C f支路的串联谐振频率相同，则i inv中的谐波电流可通过i inv支路得到极大衰减。由图6-7可以看出，通过合适的并网控制技术，逆变器产生的高频谐波成分（特别是开关频率次谐波成分）经过本发明无源阻尼方法后的LCL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。
本发明不局限于上述具体实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明公开的内容进行多种实施方式，如本发明无源阻尼技术可应用于单相或三相并网/离网逆变器中LCL或LC滤波器的谐振尖峰抑制。因此，凡是属于本发明权利要求范围内的变化或改动，都属于本发明保护的范围。 

Claims (5)

1.一种LCL滤波器无源阻尼电路，包括两个阻尼电感L d1和L d2和一个阻尼电阻R d。其特征在于：阻尼电感L d2和阻尼电阻R d并联后再与阻尼电感L d1串联，阻尼电感L d1上端连接至LCL滤波器的滤波电容C f支路的输出节点D，阻尼电感L d1下端连接至节点E，L d2 R d并联电路上端连接至节点E，L d2 R d并联电路下端连接至与逆变器及电网的负极公共节点F。
2.根据权利要求1所述的一种LCL滤波器无源阻尼电路，其特征在于：所述阻尼电感L d1、阻尼电感L d2及滤波电容C f组成电路网络的串联谐振频率与并网逆变器PWM调制技术的载波频率相同。
3.根据权利要求1所述的一种LCL滤波器无源阻尼电路，其特征在于：所述阻尼电阻R d对LCL滤波器谐振尖峰进行抑制。
4.根据权利要求1所述的一种LCL滤波器无源阻尼电路，其特征在于：所述阻尼电感L d1和L d2的总电感值远小于逆变器侧滤波电感和网侧滤波电感的总电感值。
5.根据权利要求1所述的一种LCL滤波器无源阻尼电路，其特征在于：所述滤波电感L d2在低频段阻抗值远低于阻尼电阻R d的电阻值。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104158513A (zh) * 2014-08-13 2014-11-19 武汉理工大学 无变压器型混合电力滤波器及设计方法
CN105279368A (zh) * 2015-08-18 2016-01-27 华中科技大学 一种三相并网系统无阻尼稳定性分析的方法
CN104201873B (zh) * 2014-09-05 2017-01-11 合肥工业大学 带有lrc并联无源阻尼电路的llcl滤波器
CN106972741A (zh) * 2017-04-28 2017-07-21 珠海格力电器股份有限公司 Lcl滤波器阻尼电路、单相逆变器的lcl阻尼控制系统及控制方法
CN107611973A (zh) * 2017-09-30 2018-01-19 国网浙江嵊州市供电有限公司 用于分布式电源系统的陷波滤波器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2580654Y (zh) * 2002-09-24 2003-10-15 杭州华烨电气有限公司 无源单相滤波电路
CN2580655Y (zh) * 2002-09-24 2003-10-15 杭州华烨电气有限公司 无源三相滤波电路
CN1710771A (zh) * 2005-07-08 2005-12-21 湖南大学 谐振阻抗型混合有源电力滤波器及控制方法
CN201303251Y (zh) * 2008-09-20 2009-09-02 大连理工大学 基于相控开关技术带无功补偿的并联混合型有源滤波器
CN202353236U (zh) * 2011-12-22 2012-07-25 国电南京自动化股份有限公司 光伏并网逆变器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2580654Y (zh) * 2002-09-24 2003-10-15 杭州华烨电气有限公司 无源单相滤波电路
CN2580655Y (zh) * 2002-09-24 2003-10-15 杭州华烨电气有限公司 无源三相滤波电路
CN1710771A (zh) * 2005-07-08 2005-12-21 湖南大学 谐振阻抗型混合有源电力滤波器及控制方法
CN201303251Y (zh) * 2008-09-20 2009-09-02 大连理工大学 基于相控开关技术带无功补偿的并联混合型有源滤波器
CN202353236U (zh) * 2011-12-22 2012-07-25 国电南京自动化股份有限公司 光伏并网逆变器

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104158513A (zh) * 2014-08-13 2014-11-19 武汉理工大学 无变压器型混合电力滤波器及设计方法
CN104158513B (zh) * 2014-08-13 2017-05-10 武汉理工大学 无变压器型混合电力滤波器及设计方法
CN104201873B (zh) * 2014-09-05 2017-01-11 合肥工业大学 带有lrc并联无源阻尼电路的llcl滤波器
CN105279368A (zh) * 2015-08-18 2016-01-27 华中科技大学 一种三相并网系统无阻尼稳定性分析的方法
CN105279368B (zh) * 2015-08-18 2018-08-28 华中科技大学 一种三相并网系统无阻尼稳定性分析的方法
CN106972741A (zh) * 2017-04-28 2017-07-21 珠海格力电器股份有限公司 Lcl滤波器阻尼电路、单相逆变器的lcl阻尼控制系统及控制方法
CN106972741B (zh) * 2017-04-28 2023-08-15 珠海格力电器股份有限公司 Lcl滤波器阻尼电路、单相逆变器的lcl阻尼控制系统及控制方法
CN107611973A (zh) * 2017-09-30 2018-01-19 国网浙江嵊州市供电有限公司 用于分布式电源系统的陷波滤波器

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