CN105245092A - 一种利用变压器漏感作为lcl滤波的pwm整流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器，包括变压器和LCL滤波整流器，LCL滤波整流器包括LCL滤波器和PWM整流器，变压器从10kV电网接入，变压后为AC400V，采用LCL滤波器滤除高次谐波，然后再经PWM整流器后，供给直流充电机，以供电池充电，LCL滤波整流器包括储能电感L2和滤波电容C，LCL滤波整流器利用变压器的漏感作为滤波电感L1，常规PWM整流器，采用LCL组成滤波及储能电路。LCL滤波整流器所需的总电感值比L滤波器小，因此更适于在大功率、开关频率较低的电流控制型并网设备上应用。

Description

一种利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器

技术领域

本发明属于新能源汽车领域，具体涉及一种利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器系统。

背景技术

电动汽车电池更换模式又称地面充电系统，即电池组快速更换系统，也称机械充电。通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。由于电池组重量较大，更换电池的专业化要求较强，需配备专业人员借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护。利用电池更换充电模式，电动汽车用户可租用充满电的蓄电池，更换已经耗尽的蓄电池，有利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的方便性和快捷性；对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电，降低了充电成本，提高了车辆运行经济性。

电动汽车电池充电系统中需要先将交流电整流整成直流，因而要采用PWM整流器。然而并网逆变器一般采用高频PWM调制，导致大量的高次谐波电流进入电网，这样会对电网中其他EMI（Electron-MagneticInterference）敏感设备产生干扰。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器，本发明相比传统的L型滤波器，在相同电感值的情况下，LCL滤波整流器对高频谐波抑制效果更为理想，并逐渐应用于大功率、低开关频率的并网变换器设备。

本发明的技术方案为，一种利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器，包括变压器和LCL滤波整流器，LCL滤波整流器包括LCL滤波器和PWM整流器，变压器从10kV电网接入，变压后为AC400V，采用LCL滤波器滤除高次谐波，然后再经PWM整流器后，供给直流充电机，以供电池充电，LCL滤波整流器包括储能电感L2和滤波电容C，LCL滤波整流器利用变压器的漏感作为滤波电感L1，储能电感L2和滤波电容C对电流含有的高频开关纹波进行阻抗分流，滤波电容C为高频成分提供低阻通路，这样有效减少了输出电流的高频含量；LCL滤波整流器三相电压型矢量为：

以U,E,I分别为LCL滤波整流器交流侧相电压基波、相电网电压基波、相电流基波的有效值。U_L是电感两端电压，ψ为系统功率因素，要实现LCL滤波整流器的四象限运行，需满足下列关系：

式中，L_T=L+L_f为滤波器的等效电感；Emp是电网相电压峰值；Imp是电网相电流峰值；Ump是整流器输入相电压基波峰值；

最后可以得到滤波器的谐振频率:

其中：

LCL参数L1、L2和C的选择方法，LCL滤波整流器模型中，纹波的大小取决于电路中谐波电流，电感L1/L2越大，纹波电流越小，而较大的L1/L2,又会使L1+L2增大，1/C减小会导致L1中的电流纹波增加，当Ll／L2大于5且小于IO，同时<1/C<5时，可以使纹波和滤波电感的体积达到折中值，其中C满足：

,式中:为基波频率，为输出功率。

本发明的有益效果

1）本发明将前端变压器本身的漏感作为后端滤波电感，替代LCL中L1，节省了成本，降低了后续整流部分的功耗；

2）本发明的储能电感L2和滤波电容C对电流含有的高频开关纹波进行阻抗分流，滤波电容C为高频成分提供低阻通路，这样有效减少了输出电流的高频含量；

3）本发明以变压器漏感可被利用来替代滤波电感L1满足滤波效果，这样既能节省LCL电路的硬件成本，还可以减少整流部分的体积，另外，LCL滤波整流器所需的总电感值比L滤波器小，因此更适于在大功率、开关频率较低的电流控制型并网设备上应用。

附图说明

图1本发明LCL滤波整流器原理图；

图2本发明LCL滤波整流器三相电压型矢量图；

图3本发明LCL滤波整流器的结构图。

具体实施方式

参见图1、图2和图3所示，本发明体积的大小主要由滤波电感的磁芯决定。在选择电感参数及磁芯时要多方面衡量。利用谐振频率作为中间参数，计算电流谐波的衰减比例为变量的二次方程，通过对方程的求解，可以很方便地求出滤波器的其它参数。

LCL滤波整流器结构原理如图1，图2表示了三相电压型整流器的相电压矢量关系。其中U,E,I分别为LCL滤波整流器交流侧相电压基波、相电网电压基波、相电流基波的有效值。U_L是电感两端电压。设系统功率因素为ψ，要实现LCL滤波整流器的四象限运行，需满足下列关系：

式中，L_T=L+L_f为滤波器的等效电感；Emp是电网相电压峰值；Imp是电网相电流峰值；Ump是整流器输入相电压基波峰值；最后可以得到滤波器的谐振频率:

其中：

是首先需要设定衰减比例系数、滤波电容以及总电感值判断方程是否有正解，如果没有正解则需要改变以上3个参数值，直到方程有正解。

设计LCL滤波电路用于PWM整流关键在于选择合理的LCL参数，以使结构和功能最优化。设计了如图3所示的LCL滤波整流器模型。在开关变换器中，纹波的大小取决于电路中谐波电流。电感L1/L2越大，纹波电流越小，而较大的L1/L2,又会使L1+L2增大，1/C减小会导致L1中的电流纹波增加。

,式中:为基波频率，为输出功率

在选择参数时，要根据实际需要进行取舍。当5<Ll／L2<IO且2<1/C<5时，可以使纹波和滤波电感的体积达到折中值。因此在进行滤波器参数设计时使相关参数满足此条件。在一定的交流输出电压条件下，L越大，则输出电流的纹波越小，但L中电流变化率也会变小，导致电流的跟踪能力减弱，同时使成本增加。选择L首先要考虑基波在电感上的压降，一般为输出额定电压的3％～5％；其次，要使谐波电流的有效值约为整流电流容量10％～20％．否则整流器可能由于谐波电流过大而进入保护状态：最后，考虑待滤除的干扰谐波频率的衰减倍数指标．可由滤波器的传递函数求得。根据下式计算L的大小：

,式中：为直流侧电压；为开关管频率；为纹波电流。

所述系统中，采用变压器的漏感，可以先根据变压器的漏感值，作为滤波电感L1，然后按照理论公式计算相匹配的储能电感和滤波电容值，最终构成合适的LCL滤波整流器。本发明优点为：

1）由变压器单独供电的PWM整流单元，利用变压器本身的漏感替代滤波电感。

2)利用了变压器的漏感可以减少PWM整流器本身的能耗。

3)利用了变压器的漏感可以减少PWM整流器本身的体积和重量。

4)可以降低PWM整流的散热量，便于冷却，减少冷却的能耗。

Claims (5)

1.一种利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器，其特征在于：包括变压器和LCL滤波整流器，LCL滤波整流器包括LCL滤波器和PWM整流器，变压器从10kV电网接入，变压后为AC400V，采用LCL滤波器滤除高次谐波，然后再经PWM整流器后，供给直流充电机，以供电池充电，LCL滤波整流器包括储能电感L2和滤波电容C，LCL滤波整流器利用变压器的漏感作为滤波电感L1，储能电感L2和滤波电容C对电流含有的高频开关纹波进行阻抗分流，滤波电容C为高频成分提供低阻通路，这样有效减少了输出电流的高频含量。

2.根据权利要求1所述的利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器，其特征是：

LCL滤波整流器三相电压型矢量关系为：以U,E,I分别为LCL滤波整流器交流侧相电压基波、相电网电压基波、相电流基波的有效值，

U_L是电感两端电压，ψ为系统功率因素，要实现LCL滤波整流器的四象限运行，需满足下列关系：

式中，L_T=L+L_f为滤波器的等效电感；Emp是电网相电压峰值；Imp是电网相电流峰值；Ump是整流器输入相电压基波峰值；

最后可以得到滤波器的谐振频率:

其中：

LCL参数L1、L2和C的选择方法，LCL滤波整流器模型中，纹波的大小取决于电路中谐波电流，电感L1/L2越大，纹波电流越小，而较大的L1/L2,又会使L1+L2增大，1/C减小会导致L1中的电流纹波增加，当Ll／L2大于5且小于IO，同时<1/C<5时，可以使纹波和滤波电感的体积达到折中值，其中C满足：

,式中:为基波频率，为输出功率。

3.根据权利要求1所述的利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器，其特征是：利用了变压器的漏感减少PWM整流器本身的能耗。

4.根据权利要求1所述的利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器，其特征是：利用了变压器的漏感可以减少PWM整流器本身的体积和重量。

5.根据权利要求1所述的利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器，其特征是：降低PWM整流的散热量，便于冷却，减少冷却的能耗。