CN105226923B

CN105226923B - 一种应用于并网逆变器的高频滤波器

Info

Publication number: CN105226923B
Application number: CN201510563374.9A
Authority: CN
Inventors: 郭春雨; 马丰民; 瞿文慧; 孙大伟; 何永超; 李静
Original assignee: BEIJING IN-POWER NEW ENERGY Co Ltd; LANGFANG IN-POWER ELECTRIC Co Ltd; BEIJING IN-POWER ELECTRIC Co Ltd
Current assignee: BEIJING IN-POWER ELECTRIC Co.,Ltd.; LANGFANG IN-POWER ELECTRIC Co.,Ltd.
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2018-05-08
Anticipated expiration: 2035-09-07
Also published as: CN105226923A

Abstract

本发明涉及无源滤波器领域，特别是涉及属于一种应用于并网逆变器的高频滤波器。包括IGBT变流器，第一电感（L1）、第二电感（L2），以及RC阻尼支路；所述IGBT变流器输出连接第一电感（L1），输出端通过第二电感（L2）连接电网；所述RC阻尼支路包括第五电容（C5）以及阻尼电阻（R7），第五电容（C5）与阻尼电阻（R7）串联；IGBT桥侧输出的高频成分通过RC阻尼支路被旁路到零线上；其特征在于：所述RC阻尼支路并联有两路LC调谐支路第四电感（L4）、第七电容（C7）和第三电感（L3）、第六电容（C6），第四电感（L4）与第七电容（C7）串联，第七电容（C7）与第三电感（L3）串联。本发明几乎不产生损耗，谐振电阻R的取值使得谐振点位置的阻尼作用最强，使得系统具备较强的阻尼特性，并可采样阻尼电阻电压用于有源阻尼的算法。

Description

一种应用于并网逆变器的高频滤波器

技术领域

本发明涉及无源滤波器领域，特别是涉及属于一种应用于并网逆变器的高频滤波器。

背景技术

并网逆变器的电网侧一般采用LCL型无源滤波器，但单纯的LCL滤波器存在谐振点，因此一般在滤波器的高频支路上采用RC型阻尼电路。但RC电路中的阻尼电阻存在损耗，其功率取决于高频电流的平均有效值，当有源滤波器的输出电流逼近额定值时，因为电感趋于饱和，导致高频电流成分急剧增加，在阻尼电阻上的功耗可能达到数百瓦。因此我们会发现很多滤波器的最终损坏时，往往是其阻尼电阻被烧毁。采用有源阻尼的控制算法可以避免设备运行到谐振频率上，降低谐振的风险，理论上可以取消阻尼电阻，但因为流过高频支路的电流成分非常复杂，包含工频成分及其各次谐波、开关频率及其各次谐波、谐振成分，往往开关频率及其2、3次谐波是主要的成分，因此如何提取出谐振成分，就成为算法成败的关键。此外即便是采用有源阻尼算法，为增强系统的稳定性和可靠性，阻尼电阻仍然是必不可少的。

发明内容

本发明目的在于提出一种应用于并网逆变器器的高频滤波器。

本发明的技术方案如下：

一种应用于并网逆变器的高频滤波器，包括IGBT变流器，第一电感(L1)、第二电感(L2)，以及RC阻尼支路；所述IGBT变流器输出连接第一电感(L1)，第一电感(L1)输出端通过第二电感(L2)连接电网；所述RC阻尼支路包括第五电容(C5)以及阻尼电阻(R7)，第五电容(C5)与阻尼电阻(R7)串联；IGBT桥侧输出的高频成分通过RC阻尼支路被旁路到零线上；其特征在于：

所述RC阻尼支路并联有两路LC调谐支路，其中一路LC调谐支路包括第四电感(L4)、第七电容(C7)，第二路LC调谐支路包括第三电感(L3)、第六电容(C6)，第四电感(L4)与第七电容(C7)串联，第六电容(C6)与第三电感(L3)串联，再分别与RC阻尼支路并联，分别调谐在开关频率和开关频率二次谐波上，用来分流开关纹波中这2种能量最强的高频电流成分，使这部分电流不经过RC阻尼支路。

所述阻尼电阻(R7)上并联有谐振检测电路，所述谐振检测电路组成如下：

第一电容(C1)、第二电容(C2)串联，其中第二电容(C2)和变压器(T1)的原边并联，第一电容(C1)、第二电容(C2)和变压器(T1)构成谐振成分提取电路，第一电容(C1)、第二电容(C2)和变压器(T1)的取值调谐在系统谐振频率上；变压器(T1)的副边连接有四个二极管(D1)、(D2)、(D3)、(D4)，这四个二极管连接构成桥式整流电路，变压器(T1)的副边两个端子连接桥式整流电路的交流端，桥式整流电路的正极直流输出端连接第一电阻(R1)、第三电容(C3)，第一电阻(R1)和第三电容(C3)串联；第二电阻(R2)、发光二极管(D5)的阳极、发光二极管(D5)的阴极、稳压二极管(D6)的阴极、稳压二极管(D6)的阳极和第三电阻(R3)依次串联且并联在第三电容(C3)两端，其中第二电阻(R2)连接在第三电容(C3)和第一电阻(R1)的连接点上，第三电阻(R3)连接在第三电容(C3)的另外一端；第四电阻(R4)和第五电阻(R5)一端连接桥式整流的正极直流输出端和第一电阻(R1)的连接点,第四电阻(R4)和第五电阻(R5)的另外一端分别连接第一晶体管(Q1)的集电极和第二晶体管的集电极，第一晶体管(Q1)的集电极同时连接第二晶体管(Q2)的基极，第一晶体管(Q1)和第二晶体管(Q2)的发射极均连接到桥式整流电路的负极直流输出端，第一晶体管(Q1)的基极连接到前述稳压二极管(D6)阳极和第三电阻(R3)的连接点，第二晶体管(Q2)的集电极和发射极之间同时并联第四电容(C4)和第七二极管(D7)，其中第七二极管(D7)的阴极和第二晶体管(Q2)的集电极相连；第六电阻(R6)、光耦(Q3)的发光管阳极、光耦(Q3)的发光管阴极顺次连接，且并联在第七二极管(D7)两端，其中光耦(Q3)的发光管阴极和第七二极管(D7)的阳极相连。进一步的，所述阻尼电阻(R7)上并联有谐振检测电路，第一电容(C1)、第二电容(C2)依次串联且并联在阻尼电阻(R7)两端，第二电容(C2)和变压器(T1)的原边并联，第一电容(C1)、第二电容(C2)和变压器(T1)构成谐振成分提取电路，第一电容(C1)、第二电容(C2)和变压器(T1)的取值调谐在系统谐振频率上，变压器副边并联第八电阻(R8)，第八电阻(R8)两端的电压信号送到控制器，用于有源阻尼的算法。本发明通过开关频率基波支路、开关频率2次支路、RC阻尼支路、谐振成分的提取模块这四部分的组合，能够产生三个方面的积极效果：1、高频电流成分中，能量最大的开关频率基波和2次谐波成分被单独设定的之路吸收，几乎不产生损耗，因此功耗足够低；2、谐振频率主要通过RC阻尼支路，谐振电阻R的取值使得谐振点位置的阻尼作用最强，使得系统具备较强的阻尼特性；3、阻尼支路的谐振电阻两端的电压在一定程度上代表了谐振发生的程度且不受开关频率及其2次谐波的干扰，可采样此电阻电压用于有源阻尼的算法。

附图说明

图1为传统的LCL滤波电路的原理图。

图2是本发明的有源滤波电路原理图。

图3是本发明的谐振检测电路的原理图。

图4是本发明另外一种谐振检测电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步的阐述。

图1为传统的LCL滤波电路的原理图，IGBT变流器输出连接电感L1，输出端通过电感L2连接电网，IGBT桥侧输出的高频成分主要通过RC阻尼支路被旁路到零线上，因为电流高频成分的平均有效值一般有10-30A，这会导致阻尼电阻产生非常大的损耗，如果想减小其损耗，只能把电阻值取得比较小，但这会减弱阻尼作用，使系统比较容易陷入谐振状态。因此传统的LCL滤波器在功耗和稳定性这两者之间是矛盾的。采用有源阻尼算法可以改善这个问题，但需要提取高频支路的谐振成分，但谐振成分在起始谐振的阶段幅度比较小，淹没在工频谐波、开关频率及其各次谐波成分之中，非常不利于采样，尤其是高频开关频率成分的存在使得要采样，就必须采用极高的采样频率和非常优良的高阶软件滤波器算法，这限制了有源阻尼的应用。

图2是本发明的有源滤波电路原理图，IGBT变流器输出连接电感L1，输出端通过电感L2连接电网，在原来传统的滤波器高频RC支路R7、C5上并联了两路LC调谐支路L4、C7和L3、C6，分别调谐在开关频率和开关频率二次谐波上，用来分流开关纹波中这2种能量最强的高频电流成分，使这部分电流不经过RC阻尼支路，并且在阻尼电阻R7上并联谐振检测电路，这产生了四方面的积极效果：1、使得高频支路对开关纹波中最强的两个成分的旁路阻抗最低，避免这两个成分输出到电网侧形成干扰；2、是这两个电流成分不流经阻尼电阻，大大降低了阻尼电阻的功耗和发热；3、阻尼电阻不担心发热问题，可以按照最强阻尼作用的原则，使得系统谐振风险降到最低；4、阻尼电阻本身不流过开关纹波成分，因此阻尼电阻两端的电压代表谐振程度的大小，可用于有源阻尼算法，因此可在这个电阻上并联谐振检测电路。

图3是本发明的谐振检测电路的原理图，R7是阻尼电阻，C1、C2和变压器T1构成谐振成分提取电路，使其调谐在系统谐振频率上，T1的副边连接整流桥D1、D2、D3、D4，将谐振电流整流成直流电流，并且通过R1、C3滤波成为平滑的直流波形。C3电压的高低就代表了谐振幅度的大小，R2、D5、D6、R3、Q1、Q2、R4、R5则用来产生谐波幅度告警，原理为：当C3电压升高到超过D6稳压电压值时，电流流经R2、D5、D6，使D5发光，并将Q1导通，使得Q2截止，于是C4电压开始升高，最终通过R6使光耦Q3发光，产生谐振的告警信息。告警门限可以通过选择D6稳压值进行灵活调整，D7用于对Q3进行保护。

图4是本发明另外一种谐振检测电路的原理图，C1、C2和T1耦合谐振电流后，通过副边的电阻R8变成电压信号，这个电压信号可以送到控制器，用于有源阻尼的算法。如前所示，阻尼电阻的电流已经不包含开关频率成分中较大的基波和二次谐波成分，所以无需额外的滤波电路，可直接由控制器采样并纳入有源阻尼的算法。

Claims

1.一种应用于并网逆变器的高频滤波器，包括IGBT变流器，第一电感（L1）、第二电感（L2），以及RC阻尼支路；所述IGBT变流器输出连接第一电感（L1），第一电感（L1）输出端通过第二电感（L2）连接电网；所述RC阻尼支路包括第五电容（C5）以及阻尼电阻（R7），第五电容（C5）与阻尼电阻（R7）串联；IGBT桥侧输出的高频成分通过RC阻尼支路被旁路到零线上；其特征在于：

所述RC阻尼支路并联有两路LC调谐支路，其中一路LC调谐支路包括第四电感（L4）、第七电容（C7），第二路LC调谐支路包括第三电感（L3）、第六电容（C6），第四电感（L4）与第七电容（C7）串联，第六电容（C6）与第三电感（L3）串联，再分别与RC阻尼支路并联，分别调谐在开关频率和开关频率二次谐波上，用来分流开关纹波中这2种能量最强的高频电流成分，使这部分电流不经过RC阻尼支路；

所述阻尼电阻（R7）上并联有谐振检测电路，所述谐振检测电路组成如下：

第一电容（C1）、第二电容（C2）串联，其中第二电容（C2）和变压器（T1）的原边并联，第一电容（C1）、第二电容（C2）和变压器（T1）构成谐振成分提取电路，第一电容(C1)、第二电容(C2)和变压器(T1)的取值调谐在系统谐振频率上；变压器（T1）的副边连接有四个二极管（D1）、（D2）、（D3）、（D4），这四个二极管连接构成桥式整流电路，变压器(T1)的副边两个端子连接桥式整流电路的交流端，桥式整流电路的正极直流输出端连接第一电阻（R1）、第三电容（C3），第一电阻(R1)和第三电容(C3)串联；第二电阻(R2)、发光二极管（D5）的阳极、发光二极管（D5）的阴极、稳压二极管（D6）的阴极、稳压二极管（D6）的阳极和第三电阻（R3）依次串联且并联在第三电容（C3）两端，其中第二电阻（R2）连接在第三电容（C3）和第一电阻（R1）的连接点上，第三电阻(R3)连接在第三电容（C3）的另外一端；第四电阻（R4）和第五电阻（R5）一端连接桥式整流的正极直流输出端和第一电阻（R1）的连接点, 第四电阻（R4）和第五电阻（R5）的另外一端分别连接第一晶体管（Q1）的集电极和第二晶体管的集电极，第一晶体管（Q1）的集电极同时连接第二晶体管（Q2）的基极，第一晶体管（Q1）和第二晶体管（Q2）的发射极均连接到桥式整流电路的负极直流输出端，第一晶体管（Q1）的基极连接到前述稳压二极管（D6）阳极和第三电阻（R3）的连接点，第二晶体管（Q2）的集电极和发射极之间同时并联第四电容（C4）和第七二极管（D7），其中第七二极管（D7）的阴极和第二晶体管（Q2）的集电极相连；第六电阻（R6）、光耦（Q3）的发光管阳极、光耦（Q3）的发光管阴极顺次连接，且并联在第七二极管（D7）两端，其中光耦（Q3）的发光管阴极和第七二极管（D7）的阳极相连。

2.一种应用于并网逆变器的高频滤波器，包括IGBT变流器，第一电感（L1）、第二电感（L2），以及RC阻尼支路；所述IGBT变流器输出连接第一电感（L1），第一电感（L1）输出端通过第二电感（L2）连接电网；所述RC阻尼支路包括第五电容（C5）以及阻尼电阻（R7），第五电容（C5）与阻尼电阻（R7）串联；IGBT桥侧输出的高频成分通过RC阻尼支路被旁路到零线上；其特征在于：

所述阻尼电阻（R7）上并联有谐振检测电路，第一电容（C1）、第二电容（C2）依次串联且并联在阻尼电阻（R7）两端，第二电容（C2）和变压器（T1）的原边并联，第一电容（C1）、第二电容（C2）和变压器(T1)构成谐振成分提取电路，第一电容(C1)、第二电容(C2)和变压器(T1)的取值调谐在系统谐振频率上，变压器副边并联第八电阻（R8），第八电阻（R8）两端的电压信号送到控制器，用于有源阻尼的算法。