CN106972741B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种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，其中，该LCL滤波器阻尼电路包括：第一电感L11、第二电感L12、第三电感L21、第四电感L22、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3。本发明解决了现有技术中滤波器选择不够灵活，一种滤波器电路结构无法适用于多种场合的问题，增加了电路灵活性控制。

Description

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
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种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。
背景技术
基于电压型变换器的电网侧变换器运行时，电网滤波器起着双重作用。一方面，如果与电压源型系统相连，比如电网，为保证电压源变换器正常工作，电网滤波器应该呈现较强的感性。从这个意义上讲，并网变换器表现与同步电机和输电线路相同的特性，即对有功功率及无功功率交换的控制与电磁力相角和幅值控制有关。另一方面，电压源型并网逆变器会产生PWM载波和边带电压谐波。这些谐波引起相应电流馈入电网，如果不采用合适的电网滤波器阻止电流的反馈，一些敏感负载和设备将会因此受到扰动，网损也会增加。因此电网滤波器能够满足上述两个要求。
现有技术中，对滤波器选择不够灵活，是采用固定的滤波电路构造，如果需要调整，往往需要更改电路，然而，对于某些场合，采用L/LC滤波器，基本可以解决特定谐波造成的干扰，然而对并网谐波要求严苛的情况下，最好是使用LCL之类的高阶滤波器，它能够对PMW载波和边带电压谐波具有较为良好的滤波器特性。
此外，对于单相逆变器的H桥拓扑来说，漏电流抑制与三相逆变器略有不同，现有技术中均没有专门针对在对H桥拓扑进行漏电流抑制的情况下，进行LCL滤波器阻尼的控制。
针对相关技术中滤波器选择不够灵活，一种滤波器电路结构无法适用于多种场合的问题，目前尚未提出有效地解决方案。
发明内容
本发明提供了一种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，以至少解决现有技术中滤波器选择不够灵活，一种滤波器电路结构无法适用于多种场合的问题。
为解决上述技术问题，根据本公开实施例的一个方面，本发明提供了一种LCL滤波器阻尼电路，包括：第一电感L11、第二电感L12、第三电感L21、第四电感L22、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，其中，所述第一电感L11的第一端用于与逆变器电路第一端连接，第二端与所述第三电感L21的第一端连接，所述第三电感L21的第二端用于与电网第一极性端连接；所述第一电阻R1的第一端与所述第一电感L11的第二端连接，第二端与所述第一电容C1第一端连接；所述第二电感L12的第一端用于与逆变器电路第二端连接，第二端分别与所述第一电容C1第二端以及所述第四电感L22的第一端连接，所述第四电感L22的第二端用于与电网第二极性端连接；所述第二电容C2的第一端分别与所述第一电感L11的第二端和所述第三电感L21的第一端连接，第二端与所述第三电容C3的第一端连接，所述第三电容C3的第二端分别与所述第二电感L12的第二端和所述第四电感L22的第一端连接；所述第二电阻R2的第一端与所述第三电感L21的第一端连接，第二端与所述第三电感L21的第二端连接；所述第三电阻R3的第一端与所述第四电感L22的第一端连接，第二端与所述第四电感L22的第二端连接。
进一步地，该电路还包括：信号采集装置，用于采集所述第一电感L11第一端处电流、所述第一电阻R1和所述第一电容C1端侧电压、以及电网电压，以实现有源阻尼控制。
根据本公开实施例的另一方面，提供了一种单相逆变器的LCL阻尼控制系统，该系统包括：光伏阵列、滤波器、逆变器以及上述的LCL滤波器阻尼电路。
进一步地，所述逆变器包括开关管S1、S2、S3、S4组成的H桥逆变器，其中，所述开关管S1、开关管S3的第一端与所述光伏阵列第一极性端连接，所述开关管S2、开关管S4的第一端与所述光伏阵列第二极性端连接，所述开关管S1的第二端与所述开关管S2第一端连接，并连接所述第一电感L11的第一端，所述开关管S3的第二端与所述开关管S4第一端连接，并连接所述第二电感L12的第一端。
进一步地，该系统还包括：漏电流抑制回路，用于对电路中的漏电流进行抑制。
进一步地，所述漏电流抑制回路包括：第四电阻Rn，第一端与所述开关管S4的第二端连接，第二端分别与所述第二电容C2的第二端和所述第三电容C3的第一端连接；第四电容Cn，第一端与第四电阻Rn的第一端连接，第二端与所述第四电阻Rn的第二端连接。
进一步地，所述滤波器包括第五电容CPV，第一端与所述光伏阵列第一极性端连接，第二端与所述光伏阵列第二极性端连接。
根据本公开实施例的另一方面，提供了一种单相逆变器的LCL阻尼控制系统的控制方法，其中，所述单相逆变器的LCL阻尼控制系统包括上述记载的单相逆变器的LCL阻尼控制系统，所述方法包括：控制所述LCL滤波器阻尼电路中第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的运行状态，以实现不同阻尼形式的控制。
在一个实施方式中，控制所述第一电阻R1短路，控制所述第二电容C2、第三电容C3断路，控制所述第二电阻R2和所述第三电阻R3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行有源阻尼形式的控制。
在一个实施方式中，控制所述第二电容C2、第三电容C3断路，控制所述第二电阻R2和所述第三电阻R3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第一无源阻尼形式的控制。
在一个实施方式中，控制所述第二电阻R2和所述第三电阻R3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第二无源阻尼形式的控制。
在一个实施方式中，控制所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第三无源阻尼形式的控制。
在一个实施方式中，控制所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3均正常工作状态，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第四无源阻尼形式的控制。
在本发明中，LCL滤波器包含机侧(封装模块侧)电感L11和L12，网侧电感L21和L22，串联阻容支路R1和C1，串联电容支路C2和C3，并联电感电阻R2和R3，通过控制各个元器件的工作状态，可以实现不同阻尼控制方式，解决了现有技术中滤波器选择不够灵活，一种滤波器电路结构无法适用于多种场合的问题，增加了电路灵活性控制。
附图说明
图1是根据本发明实施例的单相逆变器的LCL阻尼控制系统的一种可选的电路流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例1
如图1所示，在本实施例1中提供了一种单相逆变器的LCL阻尼控制系统，包括光伏阵列、滤波器、逆变器以及滤波器阻尼电路。在描述该单相逆变器的LCL阻尼控制系统前，先对滤波器阻尼电路进行详细说明。
图1中的LCL滤波器阻尼电路包括：第一电感L11、第二电感L12、第三电感L21、第四电感L22、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，其中，所述第一电感L11的第一端用于与逆变器电路第一端连接，第二端与所述第三电感L21的第一端连接，所述第三电感L21的第二端用于与电网第一极性端连接；所述第一电阻R1的第一端与所述第一电感L11的第二端连接，第二端与所述第一电容C1第一端连接；所述第二电感L12的第一端用于与逆变器电路第二端连接，第二端分别与所述第一电容C1第二端以及所述第四电感L22的第一端连接，所述第四电感L22的第二端用于与电网第二极性端连接；所述第二电容C2的第一端分别与所述第一电感L11的第二端和所述第三电感L21的第一端连接，第二端与所述第三电容C3的第一端连接，所述第三电容C3的第二端分别与所述第二电感L12的第二端和所述第四电感L22的第一端连接；所述第二电阻R2的第一端与所述第三电感L21的第一端连接，第二端与所述第三电感L21的第二端连接；所述第三电阻R3的第一端与所述第四电感L22的第一端连接，第二端与所述第四电感L22的第二端连接。
在上述实施方式中，LCL滤波器包含机侧电感L11和L12，网侧电感L21和L22，串联阻容支路R1和C1，串联电容支路C2和C3，并联电感电阻R2和R3，通过控制各个元器件的工作状态，可以实现不同阻尼控制方式，解决了现有技术中滤波器选择不够灵活，一种滤波器电路结构无法适用于多种场合的问题，增加了电路灵活性控制。
为了实现有源阻尼控制，优选地，还包括信号采集装置，用于采集所述第一电感L11第一端处电流、所述第一电阻R1和所述第一电容C1端侧电压、以及电网电压，以实现有源阻尼控制。
在上述单相逆变器的LCL阻尼控制系统中，逆变器包括开关管S1、S2、S3、S4组成的H桥逆变器，其中，所述开关管S1、开关管S3的第一端与所述光伏阵列第一极性端连接，所述开关管S2、开关管S4的第一端与所述光伏阵列第二极性端连接，所述开关管S1的第二端与所述开关管S2第一端连接，并连接所述第一电感L11的第一端，所述开关管S3的第二端与所述开关管S4第一端连接，并连接所述第二电感L12的第一端。
进一步地，为了对于一些需要进行漏电流抑制的电路，如上述单项逆变器H桥拓扑电路，优选地，本系统还包括：漏电流抑制回路，用于对电路中的漏电流进行抑制。
其中，所述漏电流抑制回路包括：第四电阻Rn，第一端与所述开关管S4的第二端连接，第二端分别与所述第二电容C2的第二端和所述第三电容C3的第一端连接；第四电容Cn，第一端与第四电阻Rn的第一端连接，第二端与所述第四电阻Rn的第二端连接。
优选地，与光伏阵列连接的滤波器包括第五电容CPV，第一端与所述光伏阵列第一极性端连接，第二端与所述光伏阵列第二极性端连接。
下面结合图1进行系统说明，以便更好的理解本申请：
图1是基于单相逆变器的LCL混合冗余阻尼控制系统，系统由基本的全桥逆变器电路、混合冗余阻尼滤波器和电压电流检测组成。
其中混合冗余的LCL滤波器包含机侧电感L11和L12，网侧电感L21和L22，串联阻容支路R1和C1，串联电容支路C2和C3，并联电感电阻R2和R3，漏电流抑制通路Rn和Cn，另外检测电容电压，逆变电流和电网电压。
本控制系统的阻尼形式包括以下几种(不包含漏电流抑制通路的情况，即Rn和Cn不安装)：
1.标准LCL滤波器，采用有源阻尼控制，配置方法：R1短接、C2和C3不装、R2和R3不装。
2.电容串电阻的无源阻尼LCL滤波器，可实现无源阻尼控制，配置方法：C2和C3不装、R2和R3不装。
3.拆分电容的电容串电阻无源阻尼LCL滤波器，可令电阻的损耗减小，实现无源阻尼控制，配置方法：R2和R3不装。
4.网侧电感并电阻的LCL滤波器，可实现无源阻尼控制，配置方法：C1、C2、C3不装。
5.混合阻尼的LCL滤波器，可实现无源阻尼控制，所有器件均配置。
上述不包含漏电流抑制通路的情况适用于逆变拓扑具有漏电流抑制能力的情况，具有漏电流抑制的单相逆变拓扑包括H5、Heric、FB-DCBP、NPC等等。
对于不能抑制漏电流的H全桥(采用非双极性调制)电路，可以接入漏电流抑制通路，同样具有上述5种形式的阻尼方案。
此处需要说明的是，不同阻尼形式下，需要配置不同的电容或阻尼电阻大小，通过建立控制系统的数学模型，整定合适的控制参数以保证系统稳定性。
实施例2
基于上述实施例1中提供的单相逆变器的LCL阻尼控制系统，本发明可选的实施例2还提供了一种单相逆变器的LCL阻尼控制系统的控制方法，控制所述LCL滤波器阻尼电路中第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的运行状态，以实现不同阻尼形式的控制。
在一个实施方式中，控制所述第一电阻R1短路，控制所述第二电容C2、第三电容C3断路，控制所述第二电阻R2和所述第三电阻R3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行有源阻尼形式的控制。
在一个实施方式中，控制所述第二电容C2、第三电容C3断路，控制所述第二电阻R2和所述第三电阻R3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第一无源阻尼形式的控制。
在一个实施方式中，控制所述第二电阻R2和所述第三电阻R3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第二无源阻尼形式的控制。
在一个实施方式中，控制所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第三无源阻尼形式的控制。
在一个实施方式中，控制所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3均正常工作状态，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第四无源阻尼形式的控制。
上述不包含漏电流抑制通路的情况适用于逆变拓扑具有漏电流抑制能力的情况，具有漏电流抑制的单相逆变拓扑包括H5、Heric、FB-DCBP、NPC等等。
对于不能抑制漏电流的H全桥(采用非双极性调制)电路，可以接入漏电流抑制通路，同样具有上述5种形式的阻尼方案。
此处需要说明的是，不同阻尼形式下，需要配置不同的电容或阻尼电阻大小，通过建立控制系统的数学模型，整定合适的控制参数以保证系统稳定性。
在本发明中，LCL滤波器包含机侧(封装模块侧)电感L11和L12，网侧电感L21和L22，串联阻容支路R1和C1，串联电容支路C2和C3，并联电感电阻R2和R3，通过控制各个元器件的工作状态，可以实现不同阻尼控制方式(如有源阻尼、不同的无源阻尼等)，解决了现有技术中滤波器选择不够灵活，一种滤波器电路结构无法适用于多种场合的问题，增加了电路灵活性控制。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (13)

1.一种LCL滤波器阻尼电路，其特征在于，包括：第一电感L11、第二电感L12、第三电感L21、第四电感L22、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，其中，
所述第一电感L11的第一端用于与逆变器电路第一端连接，第二端与所述第三电感L21的第一端连接，所述第三电感L21的第二端用于与电网第一极性端连接；
所述第一电阻R1的第一端与所述第一电感L11的第二端连接，第二端与所述第一电容C1第一端连接；
所述第二电感L12的第一端用于与逆变器电路第二端连接，第二端分别与所述第一电容C1第二端以及所述第四电感L22的第一端连接，所述第四电感L22的第二端用于与电网第二极性端连接；
所述第二电容C2的第一端分别与所述第一电感L11的第二端和所述第三电感L21的第一端连接，第二端与所述第三电容C3的第一端连接，所述第三电容C3的第二端分别与所述第二电感L12的第二端和所述第四电感L22的第一端连接；
所述第二电阻R2的第一端与所述第三电感L21的第一端连接，第二端与所述第三电感L21的第二端连接；
所述第三电阻R3的第一端与所述第四电感L22的第一端连接，第二端与所述第四电感L22的第二端连接。
2.根据权利要求1所述的LCL滤波器阻尼电路，其特征在于，还包括：
信号采集装置，用于采集所述第一电感L11第一端处电流、所述第一电阻R1和所述第一电容C1端侧电压、以及电网电压，以实现有源阻尼控制。
3.一种单相逆变器的LCL阻尼控制系统，其特征在于，包括光伏阵列、滤波器、逆变器以及如权利要求1或2所述的LCL滤波器阻尼电路。
4.根据权利要求3所述的单相逆变器的LCL阻尼控制系统，其特征在于，所述逆变器包括开关管S1、S2、S3、S4组成的H桥逆变器，其中，所述开关管S1、开关管S3的第一端与所述光伏阵列第一极性端连接，所述开关管S2、开关管S4的第一端与所述光伏阵列第二极性端连接，所述开关管S1的第二端与所述开关管S2第一端连接，并连接所述第一电感L11的第一端，所述开关管S3的第二端与所述开关管S4第一端连接，并连接所述第二电感L12的第一端。
5.根据权利要求4所述的单相逆变器的LCL阻尼控制系统，其特征在于，还包括：
漏电流抑制回路，用于对电路中的漏电流进行抑制。
6.根据权利要求5所述的单相逆变器的LCL阻尼控制系统，其特征在于，所述漏电流抑制回路包括：
第四电阻Rn，第一端与所述开关管S4的第二端连接，第二端分别与所述第二电容C2的第二端和所述第三电容C3的第一端连接；
第四电容Cn，第一端与第四电阻Rn的第一端连接，第二端与所述第四电阻Rn的第二端连接。
7.根据权利要求3所述的单相逆变器的LCL阻尼控制系统，其特征在于，所述滤波器包括第五电容CPV，第一端与所述光伏阵列第一极性端连接，第二端与所述光伏阵列第二极性端连接。
8.一种单相逆变器的LCL阻尼控制系统的控制方法，其特征在于，所述单相逆变器的LCL阻尼控制系统包括权利要求4-7任一项所述的单相逆变器的LCL阻尼控制系统，所述方法包括：控制所述LCL滤波器阻尼电路中第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的运行状态，以实现不同阻尼形式的控制。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
控制所述第一电阻R1短路，控制所述第二电容C2、第三电容C3断路，控制所述第二电阻R2和所述第三电阻R3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行有源阻尼形式的控制。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
控制所述第二电容C2、第三电容C3断路，控制所述第二电阻R2和所述第三电阻R3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第一无源阻尼形式的控制。
11.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
控制所述第二电阻R2和所述第三电阻R3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第二无源阻尼形式的控制。
12.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
控制所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3断路，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第三无源阻尼形式的控制。
13.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
控制所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3均正常工作状态，以便所述LCL滤波器阻尼电路进行第四无源阻尼形式的控制。
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