CN104201873B - 带有lrc并联无源阻尼电路的llcl滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器，它在LLCL滤波器的桥臂电感(L₁)和网侧电感(L₂)的接点(3)与串联谐振电路间串接有并联阻尼电路(7)，并联阻尼电路(7)由并联的阻尼电阻(R_d)、阻尼电感(L_d)和阻尼电容(C_d)组成，其LC谐振频率与LLCL滤波器的谐振频率相同；所述的LLCL滤波器为桥臂电感(L₁)和网侧电感(L₂)串接后，其两端分别为逆变器(1)桥臂侧输出接线端子(2)和电网(5)接线端子(4)，接点(3)与逆变器(1)和电网(5)的另一共同接线端子(6)之间跨接有由附加电感(L_f)和滤波电容(C_f)串接组成的串联谐振电路。它在大功率并网逆变器中可同时兼顾高频滤波效果、阻尼损耗及系统稳定性三方面的需求。

Description

带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器

技术领域

本发明涉及PWM逆变器输出滤波器，具体涉及一种带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器。

背景技术

在大功率并网逆变器中，LCL滤波器以其体积小、成本低、高频电流谐波衰减率高的优势，得到了广泛的应用。然而，当开关频率较低时，为了滤除逆变器产生的开关频率及其整数倍频率谐波，以满足电网标准对逆变器输出电流的谐波要求，LCL滤波器的截止频率需要更低，这既需增大滤波器参数，从而增加逆变器的成本，也限制了系统控制的带宽，降低了系统的动态性能和稳定性。

为解决这一问题，人们做出了一些努力，如中国发明专利申请CN102468651 A于2012年5月23日公开的一种“特定频率电流旁路的滤波器”。该滤波器即LLCL滤波器，它是在传统的L滤波器的基础上，增加了一个串联谐振支路，此谐振支路的谐振频率等于电感电流纹波频率或者其整数倍，为电感纹波电流提供旁路通道，以减小网侧电感的大小。该专利申请为抑制LLCL滤波器固有的谐振问题，还提出了一种在串联谐振支路串联电阻的结构。可是，这种结构的LLCL滤波器虽也能够增加系统阻尼、保证系统稳定，但却会显著地弱化LLCL滤波器特定频率处的衰减性能，且串联电阻上将流过较大的基频和低频电流，导致串联电阻的损耗过大、发热严重，不仅降低了系统效率，还给大功率变流器系统的工艺设计增加了困难；同时，其也难以同时兼顾高频滤波效果、阻尼损耗及系统稳定性三方面的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种在确保输出滤波器谐振抑制能力的同时，尽量保留LLCL滤波器特定频率处谐波衰减特性，且有效降低阻尼电阻损耗的带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器包括LLCL滤波器，特别是，

所述LLCL滤波器的桥臂电感和网侧电感的接点与串联谐振电路之间串接有并联阻尼电路；

所述并联阻尼电路由并联连接的阻尼电阻、阻尼电感和阻尼电容组成，其并联谐振频率与LLCL滤波器的固有谐振频率相同。

作为带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器的进一步改进：

优选地，阻尼电感在频率低于LLCL滤波器谐振频率的频段内时，其阻抗值与阻尼电阻的比值≤0.999。

优选地，阻尼电容在频率高于LLCL滤波器谐振频率的频段内时，其阻抗值与阻尼电阻的比值≤0.999。

优选地，LLCL滤波器的组成为，桥臂电感和网侧电感串接后，其两端分别为逆变器桥臂侧输出接线端子和电网接线端子，并联阻尼电路的接线端子与逆变器和电网的接线端子之间跨接有由附加电感和滤波电容串接组成的串联谐振电路。

相对于现有技术的有益效果是：

采用这样的结构后，由于并联阻尼电路中的阻尼电感和阻尼电容的并联谐振频率与LLCL滤波器的整体谐振频率相同，故在LLCL滤波器谐振频率处，并联阻尼电路的等效阻抗为阻尼电阻，可对LLCL滤波器正谐振峰起到很好的抑制作用；同时，由于阻尼电容在中高频段对阻尼电阻的旁路作用，阻尼电阻对负谐振峰的抑制作用将得到改善，LLCL滤波器旁路载波频率谐波的优势得以保留；此外，由于低频电流主要流经阻尼电感，高频纹波电流流经阻尼电容，阻尼电阻上的损耗将得到显著减小。因此，本发明能在保证LLCL滤波器谐振峰抑制能力的同时，尽量保留其对载波频率附近谐波的旁路特性，并有效地降低阻尼电阻的损耗。此外，因阻尼电感和阻尼电容的参数值较小，同时其额定电压电流值也远小于桥臂电感和网侧电感，可以采用额定参数相对较小的器件，尤为在中高压变流器系统中，其对滤波器的整体尺寸和成本影响不大。

与现有LLCL滤波器的阻尼结构相比，本发明保留了LLCL滤波器对载波频率附近谐波的旁路特性，因而可以有效地降低滤波器网侧电感大小；同时由于能够有效降低阻尼电阻损耗，提高了系统效率，减轻了散热装置的负担，极有利于大功率变流器系统的设计。

综上所述，本发明解决了现有技术中难以同时兼顾高频滤波效果、阻尼损耗及系统稳定性三方面需求的问题。

附图说明

图1为本发明的一种基本电路原理图。

图2为现有技术与本发明的网侧电流对逆变器输出电压的传递函数的对比图。由其可看出，现有技术在负谐振峰处的谐波衰减效果已有较大的减弱；而本发明不仅在正谐振峰值处有很好的阻尼效果，在负谐振峰附近也基本保留了LLCL滤波器的强衰减特性。

图3为现有技术和本发明阻尼电阻电流对逆变器输出电压的传递函数的对比图。由其可看出，本发明相比于现有技术，阻尼电阻电流的低频与高频的成分均非常小，在阻尼电阻损耗上具有明显的优势。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

参见图1，带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器的构成如下：

桥臂电感L₁和网侧电感L₂串接后，其两端分别为逆变器1桥臂侧输出接线端子2和电网5接线端子4；桥臂电感L₁和网侧电感L₂的接点3与逆变器1和电网5的另一共同接线端子6之间跨接有串联连接的并联阻尼电路7、接线端子8和串联谐振电路9，其中，并联阻尼电路7由并联连接的阻尼电阻R_d、阻尼电感L_d和阻尼电容C_d组成，其LC谐振频率与LLCL滤波器的谐振频率相同，串联谐振电路由附加电感L_f和滤波电容C_f串接组成。在选择阻尼电阻R_d、阻尼电感L_d和阻尼电容C_d的参数时，阻尼电感L_d在频率低于LLCL滤波器谐振频率的频段内时，其阻抗值与阻尼电阻R_d的比值≤0.999，阻尼电容C_d在频率高于LLCL滤波器谐振频率的频段内时，其阻抗值与阻尼电阻R_d的比值≤0.999。

基于对比的需要，构成现有技术和本发明的各个电气元器件的参数之一如下表所示：

使用时，只需将接线端子2、接线端子4和接线端子6分别与逆变器1桥臂侧输出端、电网5一端和逆变器1与电网5的另一共同端电连接即可。当本发明并网后，就会得到如图2和图3中的曲线所示的结果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器，其特征在于：

所述LLCL滤波器的桥臂电感(L₁)和网侧电感(L₂)的接点3与串联谐振电路(9)之间串接有并联阻尼电路(7)；

所述并联阻尼电路(7)由并联连接的阻尼电阻(R_d)、阻尼电感(L_d)和阻尼电容(C_d)组成，其并联谐振频率与LLCL滤波器的谐振频率相同。

2.根据权利要求1所述的带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器，其特征是阻尼电感(L_d)在频率低于LLCL滤波器谐振频率的频段内时，其阻抗值与阻尼电阻(R_d)的比值≤0.999。

3.根据权利要求1所述的带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器，其特征是阻尼电容(C_d)在频率高于LLCL滤波器谐振频率的频段内时，其阻抗值与阻尼电阻(R_d)的比值≤0.999。

4.根据权利要求1所述的带有LRC并联无源阻尼电路的LLCL滤波器，其特征是LLCL滤波器的组成为，桥臂电感(L₁)和网侧电感(L₂)串接后，其两端分别为逆变器(1)桥臂侧输出接线端子(2)和电网(5)接线端子(4)，串联谐振电路(9)由附加电感(L_f)和滤波电容(C_f)串接组成，逆变器(1)和电网(5)通过接点6连接在一起，并联阻尼电路(7)和串联谐振电路(9)串联连接后，连接在接点3和接点6之间。