CN203645329U - 一种改进型lcl滤波器及逆变*** - Google Patents
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Abstract
一种改进型LCL滤波器及逆变***，属于电力电子技术领域。改进型LCL滤波器包括由第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1构成的基本型LCL滤波器和RLC阻尼支路Q，第一电容C1的两端并联至少一RLC阻尼支路Q，所述的RLC阻尼支路Q包括相互串联的第二电容C2、第一电阻R1和第三电感L3；逆变***，包括单相或三相逆变单元和所述的改进型LCL滤波器。优点：其能够增加谐振角频率点处及附近的阻尼特性，抑制谐振角频率点处的谐振峰值，同时，还可以大大降低阻尼电阻上的损耗，减小由于阻尼电阻增加所导致的对LCL滤波器高频和低频段的衰减特性的影响。
Description
技术领域
本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及一种改进型LCL滤波器以及逆变***。
背景技术
随着新能源发电在全世界范围内的推广，并网发电技术也成为一个重要的研究方向，人们越来越关注并网逆变器与电网之间的相互影响。通常并网逆变器采用高频脉宽调制（英文全称为：pulse width modulation，简称：PWM），从而导致进入电网的电流中含有大量的高次谐波。为抑制并网电流中的总谐波失真（英文全称为：Total Harmonic Distortion，简称：THD）成分，长期以来沿用的都是传统的单电感L滤波器或LC滤波器。工程实际应用中，不仅希望滤波器滤波效果稳定优异、结构简单，还要求体积较小，便于安装。LCL滤波器具有三阶滤波特性，在低于谐振频率点的低频段衰减特性与单电感基本相同，在高于谐振频率点的高频段呈现三倍于单电感的衰减特性，因此可以采用总电感比单电感小的LCL滤波器来实现相同的滤波效果，减小了滤波器的体积，并且对于开关次的频率可实现三倍衰减特性。在相同电感值的情况下，LCL滤波器由于具有更为理想的高频滤波效果，从而常被用于大功率、低开关频率的并网设备。图4示出了应用现有LCL滤波器的逆变***的电原理图，所述的LCL滤波器包括第一电感L1、第二电感L2以及第一电容C1，其中，第一电容C1为滤波电容。LCL滤波器的一端连接逆变单元，另一端连接电网。该LCL滤波器的缺点是在谐振角频率点处会有谐振特性，呈现零阻抗特性，对***的稳定性及并网电流波形的质量都有很大影响。为了抑制LCL滤波器的谐振特性，提高***的稳定性，最简单的方法是在滤波器的回路中接入电阻来增加***阻尼，即无源阻尼法。传统的无源阻尼法又分为滤波电容串联电阻和滤波电容并联电阻等的无源阻尼。图5示出了在图4所示的LCL滤波器的滤波电容（即第一电容C1）的支路上并联第一电阻R1的无源阻尼方法。图6示出了直接在图4所示的LCL滤波器的电容支路串联第一电阻R1的无源阻尼法，同时还可参见机械工业出版社2003年10月出版的由张崇巍和张兴编著的《PWM整流器及其控制》中第254～281页所记载的内容。以上所述无源阻尼法是通过阻尼电阻来抑制谐振峰值，但阻尼特性的增加会导致***损耗增加，效率降低，尤其在大功率场合，阻尼电阻发热严重，必须使用散热器件，这样就会增加硬件维护成本和设备体积。
鉴于上述已有技术，有必要加以改进，为此，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本实用新型的首要任务在于提供一种改进型LCL滤波器，其能够增加谐振角频率点处及附近的阻尼特性，抑制谐振角频率点处的谐振峰值，同时，还可以大大降低阻尼电阻上的损耗，减小由于阻尼电阻增加所导致的对LCL滤波器高频和低频段的衰减特性的影响。
本实用新型的另一任务在于提供一种逆变***，能够很好地抑制并网电流中的总谐波失真，***损耗较少、稳定性较高。
为了完成首要任务，本实用新型所提供的技术方案是：一种改进型LCL滤波器，包括由第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1构成的基本型LCL滤波器和RLC阻尼支路Q，所述的第一电感L1的一端为改进型LCL滤波器的交流输入端，第一电感L1的另一端与第二电感L2的一端以及第一电容C1的一端连接，第二电感L2的另一端为改进型LCL滤波器的交流输出端，第一电容C1的另一端为中性点连接端，其特征在于，第一电容C1的两端并联至少一RLC阻尼支路Q，所述的RLC阻尼支路Q包括相互串联的第二电容C2、第一电阻R1和第三电感L3。
在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的RLC阻尼支路Q的谐振角频率点与基本型LCL滤波器的谐振角频率点相同或者在其附近。
在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的RLC阻尼支路Q有相互并联的两路。
为了完成另一任务，本实用新型所提供的技术方案是：一种逆变***，其特征在于：包括单相逆变单元和所述的改进型LCL滤波器，改进型LCL滤波器的交流输入端连接单相逆变单元的输出端，改进型LCL滤波器的交流输出端连接电网或负载,第一电容C1的中性点连接端连接电网或负载。
为了完成另一任务，本实用新型所提供的技术方案是：一种逆变***，其特征在于：所述的逆变***包括三相逆变单元和与三相逆变单元的各相电路对应的三个所述的改进型LCL滤波器，三个改进型LCL滤波器的交流输入端分别连接三相逆变单元的各相电路的输出端，三个改进型LCL滤波器的交流输出端分别连接电网或负载,三个改进型LCL滤波器的中性点连接端相互连接。
在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的逆变***的改进型LCL滤波器的RLC阻尼支路Q的谐振角频率点与基本型LCL滤波器的谐振角频率点相同或者在其附近。。
在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的逆变***的改进型LCL滤波器的RLC阻尼支路Q的谐振角频率点和所述的单相逆变单元的载波角频率点相同或者在其附近。
在本实用新型的还有一个具体的实施例中，所述的逆变***的改进型LCL滤波器的RLC阻尼支路Q的谐振角频率点和所述的三相逆变单元的载波角频率点相同或者在其附近。
在本实用新型的更而一个具体的实施例中，所述的逆变***的改进型LCL滤波器的RLC阻尼支路Q有相互并联的两路。
本实用新型由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：1.能够增加LCL滤波器的谐振频率点及附近频带的阻尼特性，提高***稳定性；2.降低LCL滤波器的谐振频率点及附近频带的谐波；3.大大降低LCL滤波器的阻尼支路上的损耗，减小对功率因数的影响；4.减小增加的阻尼电阻对LCL滤波器高频和低频段特性的影响。
附图说明
图1为本实用新型所述的逆变***中的一实施例的电原理图。
图2为本实用新型所述的逆变***中的另一实施例的电原理图。
图3为本实用新型所述的逆变***中的又一实施例的电原理图。
图4为现有技术的逆变***的电原理图。
图5为现有技术中的LCL滤波器并联阻尼的电原理图。
图6为现有技术中的LCL滤波器串联阻尼的电原理图。
具体实施方式：
为了使公众能充分了解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。
实施例1：
请参阅图1，一种改进型LCL滤波器，包括由第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1构成的基本型LCL滤波器和RLC阻尼支路Q。所述的第一电感L1的一端为改进型LCL滤波器的交流输入端，第一电感L1的另一端与第二电感L2的一端以及第一电容C1的一端连接，第二电感L2的另一端为改进型LCL滤波器的交流输出端，第一电容C1的另一端为中性点连接端，其中，第一电感L1为逆变侧滤波电感，第二电感L2为网侧滤波电感，第一电容C1为滤波电容。在第一电容C1的两端并联至少一RLC阻尼支路Q，所述的RLC阻尼支路Q可以有两路，在本实施例中只示意了一RLC阻尼支路Q进行说明。所述的RLC 阻尼支路Q包括相互串联的第二电容C2、第一电阻R1和第三电感L3。假设所述的RLC阻尼支路Q的谐振角频率点为假设基本型LCL滤波器的谐振角频率点为
当基本型LCL滤波器在其谐振角频率点ωLCL时，由于RLC阻尼支路Q的谐振角频率点ω0与基本型LCL滤波器的谐振角频率点ωLCL的设计相同，所以RLC阻尼支路Q也在基本型LCL滤波器的谐振角频率点ωLCL上，即也到达其自身的谐振角频率点ω0。由于RLC串联阻尼支路Q在谐振角频率点ω0处会有谐振特性，呈现零阻抗特性，因此RLC串联阻尼支路Q的阻值降低为第一电阻R1的阻值，通常地，第一电阻R1的阻值为第一电容C1容抗的三分之一，因此基本型LCL滤波器在其谐振角频率点ωLCL处或其附近的频段会选择性地接入RLC阻尼支路Q，从而实现增加谐振角频率点ωLCL处的阻尼特性，达到抑制谐振角频率点ωLCL处的谐振峰值的目的；基本型LCL滤波器只在谐振角频率点ωLCL或其附近时会有大部分的电流通过阻尼电阻（即第一电阻R1），而当基本型LCL滤波器处于其它频段时，由于RLC串联阻尼支路Q的阻值高于第一电容C1的容抗，因此LCL滤波器会选择第一电容C1支路，剩余小部分电流流入RLC串联阻尼支路Q，从而能有效降低***的阻尼损耗。
请继续参阅图1，一种逆变***包括单相逆变单元和所述的改进型LCL滤波器，改进型LCL滤波器的交流输入端连接单相逆变单元的输出端，改进型LCL滤波器的交流输出端连接电网或负载，第一电容C1的中性点连接端连接电网或负载。根据上述原理，所述的改进型LCL滤波器的RLC阻尼支路Q的谐振角频率点ω0可以设置成与基本型LCL滤波器的谐振角频率点ωLCL相同或者在其附近，同时也可以被设置成与改进型LCL滤波器所连接的单相逆变单元的载波角频率点相同或在其附近，由此可以增加***在载波角频率点或其附近处的阻尼特性，减小载波角频率点或其附近处的谐波，抑制逆变***在载波角频率点或其附近处产生的谐波峰值。具体地，由于RLC串联阻尼支路Q的谐振角频率点ω0与载波角频率设计相同，因此当RLC阻尼支路Q在载波角频率点时也达到了自身的谐振角频率点ω0，其阻抗变为零；进一步地，若第一电阻R1的阻值被设计为小于第一电容C1的容抗，RLC阻尼支路Q在载波角频率点或其附近时会有大部分的电流通过RLC阻尼支路Q的第一电阻R1，将载波频段电流能量消耗在该支路的电阻上，从而抑制了逆变***在载波角频率处的谐波峰值。另外，RLC阻尼支路Q还可以减小***在增加阻尼电阻后对LCL滤波器高频和低频段的衰减特性造成的影响。具体而言，RLC阻尼支路Q的谐振频率设计与基本型LCL滤波器的谐振频率设计相同，因此在低频段和高频段，RLC阻尼支路Q的阻抗均较大，根 据并联电路原理，该情况下的大部分电流会流过阻抗相对较低的第一电容C1；而在谐振频率及其附近时，阻抗变得较小，此时大部分的电流会选择流过RLC阻尼支路Q，从而并联的RLC阻尼支路Q不会对LCL滤波器高频和低频段的衰减特性造成影响。
实施例2：
请参阅图2，一种逆变***包括三相逆变单元和与三相逆变单元的各相电路对应的三个如权利要求1所述的改进型LCL滤波器，三个改进型LCL滤波器的交流输入端分别连接三相逆变单元的各相电路的输出端，三个改进型LCL滤波器的交流输出端分别连接电网或负载,三个改进型LCL滤波器的中性点连接端相互连接。第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1构成连接三相逆变单元的第一相和电网或负载的基本型LCL滤波器，而第二电容C2、第三电感L3和第一电阻R1构成所述的第一相电路对应的RLC阻尼支路；第四电感L4、第五电感L5和第三电容C3构成连接三相逆变单元的第二相和电网或负载的基本型LCL滤波器，而第四电容C4、第六电感L6和第二电阻R2构成所述的第二相电路对应的RLC阻尼支路；第七电感L7、第八电感L8和第五电容C5构成连接三相逆变单元的第三相和电网或负载的基本型LCL滤波器，而第六电容C6、第九电感L9和第三电阻R3构成所述的第三相电路对应的RLC阻尼支路。其中各RLC阻尼支路Q的谐振角频率点与各对应的基本型LCL滤波器的谐振角频率点相同或者在其附近，或者是RLC阻尼支路Q的谐振角频率点和所述的三相逆变单元的载波角频率点相同或者在其附近。上述各相电路对应的基本型LCL滤波器上可以设置两路RLC阻尼支路。由于各相上的工作原理均与实施例1中所述原理相同，此处省略叙述。
实施例3：
请参阅图3，一种逆变***包括单相逆变单元和所述的改进型LCL滤波器，所述的改进型LCL滤波器在基本型LCL滤波器的第一电容C1两端并联由两路相互并联的RLC阻尼支路构成的双阻尼支路。在本实施例中，第二电容C2、第三电感L3和第一电阻R1构成一RLC阻尼支路，可将其谐振角频率点设置为与基本型LCL滤波器的谐振角频率点相同或在其附近，用于抑制谐振角频率点处及附近的谐振波；第七电容C7、第十电感L10和第四电阻R4构成另一RLC阻尼支路，可将其谐振角频率点设置为与改进型LCL滤波器相连接的单相逆变单元的载波角频率点相同或在其附近，用于单相抑制逆变单元载波频率处产生的谐波峰值。其工作原理与实施例相同，此处不再赘述。
以三相500KW光伏逆变器36%功率工况为例，将本实用新型的实施例与现有技术的实施效果进行比较，具体可参阅下表。
从该表可知，与现有技术中的LCL滤波器并联阻尼以及常用的电容串联阻尼的方案相比，本实用新型的改进型LCL滤波器并联阻尼电路，在同样程度的谐振角频率衰减情况下，损耗变得很小。特别地，在并联双阻尼支路的情况下，开关次谐波会有较大改善，同时谐振角频率处的THD会进一步下降。
Claims (9)
1.一种改进型LCL滤波器，包括由第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1构成的基本型LCL滤波器和RLC阻尼支路Q，所述的第一电感L1的一端为改进型LCL滤波器的交流输入端，第一电感L1的另一端与第二电感L2的一端以及第一电容C1的一端连接，第二电感L2的另一端为改进型LCL滤波器的交流输出端，第一电容C1的另一端为中性点连接端，其特征在于：第一电容C1的两端并联至少一RLC阻尼支路Q，所述的RLC阻尼支路Q包括相互串联的第二电容C2、第一电阻R1和第三电感L3。
2.根据权利要求1所述的一种改进型LCL滤波器，其特征在于所述的RLC阻尼支路Q的谐振角频率点与基本型LCL滤波器的谐振角频率点相同或者在其附近。
3.根据权利要求1所述的一种改进型LCL滤波器，其特征在于所述的RLC阻尼支路Q有相互并联的两路。
4.一种逆变***，其特征在于：包括单相逆变单元和如权利要求1所述的一种改进型LCL滤波器，改进型LCL滤波器的交流输入端连接单相逆变单元的输出端，改进型LCL滤波器的交流输出端连接电网或负载,第一电容C1的中性点连接端连接电网或负载。
5.一种逆变***，其特征在于：所述的逆变***包括三相逆变单元和与三相逆变单元的各相电路对应的三个如权利要求1所述的改进型LCL滤波器，三个改进型LCL滤波器的交流输入端分别连接三相逆变单元的各相电路的输出端， 三个改进型LCL滤波器的交流输出端分别连接电网或负载,三个改进型LCL滤波器的中性点连接端相互连接。
6.根据权利要求4或5所述的一种逆变***，其特征在于所述的改进型LCL滤波器的RLC阻尼支路Q的谐振角频率点与对应的基本型LCL滤波器的谐振角频率点相同或者在其附近。
7.根据权利要求4所述的一种逆变***，其特征在于所述的改进型LCL滤波器的RLC阻尼支路Q的谐振角频率点和所述的单相逆变单元的载波角频率点相同或者在其附近。
8.根据权利要求5所述的一种逆变***，其特征在于所述的改进型LCL滤波器的RLC阻尼支路Q的谐振角频率点和所述的三相逆变单元的载波角频率点相同或者在其附近。
9.根据权利要求4或5所述的一种逆变***，其特征在于所述的改进型LCL滤波器的RLC阻尼支路Q有相互并联的两路。
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