分布式电源并 逆变器新型滤波器的设计及实现

与常用的LCL滤波器相比,双谐振滤波器有良好的高频谐波衰减特性,对电感的需求少,大大降低了滤波器的成本和体积。最后给出了双谐振滤波器的实现方法及参数设计原则。PSCAD仿真结果验证了双谐振滤波器的可行性和有效性。

分布式电源并 逆变器一般采用SPWM调制,在运行过程中会向接入电 注入大量的高次谐波电流[1]。这类谐波电流不仅会加速电气设备的老化,还会对电力通信传输和电气量测量精度产生影响[2],因此必须在并 逆变器的输出侧加装滤波器。国内外对于并 逆变器注入电 的高频谐波电流均有严格的要求,基于IEEE Std. 519的规定:35次以上各次的谐波电流均要小于额定电流的0.3%[3]。

目前分布式电源并 逆变器多采用LCL滤波器[2],文献[4]提出了一种简易而实用的LCL滤波器参数设计方法。此外,对LCL滤波器的控制方法的研究也比较深入[4-6]。然而为保证良好的滤波效果,LCL滤波器通常需要较大的滤波电感值,导致LCL滤波器的体积大,成本高,无功损耗也很大。因此设计一个在经济性和滤波特性比LCL滤波器更好的输出滤波器结构依然是一个值得研究的问题。

结论

1)从硬件结构上看,双谐振滤波器是将LCL滤波器的电容回路替换为两段并联的LC串联谐振支路,利用这两段支路分别滤除在fc附近和2fc附近的含量很大的谐波电压,通过逆变器侧电感和 侧电感的共同作用来保证其余分散在2fc以上的高频谐波电压的衰减能力,结构增加了一定的复杂性。

2)从成本和效果上看,双谐振滤波器和传统的LCL滤波器相比,在使用相同大小的电容的情况下,双谐振滤波器总电感的需求减少近一倍,且滤波效果更好,极大地降低了滤波器的成本和体积。

3)从控制方式上看,双谐振滤波器产生正谐振尖峰的原因与LCL滤波器谐振尖峰产生的原因类似:当L1C1支路L2C2支路并联部分呈容性时(相当于LCL滤波器的电容支路),该并联部分与Li和Lg的并联电感谐振而产生的。所以双谐振滤波器的正谐振尖峰抑制可以参考LCL滤波器抑制谐振尖峰的方法来进行。

有源阻尼法是抑制LCL滤波器谐振尖峰的常用方法,即采用电容电流内环,并 电流外环的双电流内环控制的电容电流内环法。类比这种方法,双谐振滤波器控制过程可采用并联电流和内环法,其实现只需增加一组电流传感器来测量两个LC串联回路的电流之和。

因此,双谐振滤波器相比LCL滤波器,在增加有限的硬件结构复杂度的前提下,控制方法上几乎没有变化,但是成本大大降低,滤波效果显著提高,因而具有很高的工程实用价值。

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