一种lcl滤波器无源谐振阻尼电路及其阻尼方法
【专利摘要】本发明公开了一种LCL滤波器无源谐振阻尼电路及阻尼方法，包括LCL滤波器和LCR支路，所述LCL滤波器包括滤波电容Cf，所述LCR支路与所述滤波电容Cf并联；所述LCR支路包括阻尼电感Lz、阻尼电容Cz和阻尼电阻Rz，所述阻尼电感Lz、阻尼电容Cz和阻尼电阻Rz三者串联。本发明在谐振频率下LCR支路呈现纯电阻特性，为系统提供阻尼，抑制谐振；在电网基波频率下，阻尼单元呈现高容抗特性，流过电流较小，大大减小了阻尼电阻的基波损耗；实现了较小功率损耗下抑制滤波器谐振，且其并联安装形式不改变原滤波器电气节点，便于对已有LCL滤波器进行谐振抑制改造。
【专利说明】
一种LCL滤波器无源谐振阻尼电路及其阻尼方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及电压源型并网逆变器的出口滤波器。
【背景技术】
[0002] 随着全控开关器件的迅速发展，新能源发电设备大量采用电压源型变换器(VSC， Voltage Source Converter)并网。VSC通常采用PffM方式实现并网电压和电流的控制，其原 理是用幅值相等的脉冲波来等效正弦波形。为了减小入网谐波，需要在逆变器出口增加滤 波器，目前广泛应用的是LCL或LC滤波器，记及电网等效阻抗，VSC的LC滤波器与电网构成的 也是LCL拓扑。
[0003] LCL滤波器属于三阶滤波器，在高频段具有较强的谐波衰减能力，但同时也存在容 易谐振的问题。为了抑制LCL滤波器的谐振特点，提高系统的稳定性，通常采用的方法是在 滤波电容回路串联阻尼电阻。
[0004] 然而，阻尼电阻的增加，一方面有可能会影响滤波性能，另一方面也会增加系统损 耗，降低系统效率，尤其是在大功率场合，阻尼电阻发热严重。因此需要寻求附加损耗小的 阻尼方法。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了解决现有技术存在的LCL滤波器容易谐振的问题，本发明提供一种 LCL滤波器无源谐振阻尼电路。
[0006] 本发明还提供了一种LCL滤波器无源谐振阻尼方法。
[0007] 技术方案:本发明所述的一种LCL滤波器无源谐振阻尼电路，包括LCL滤波器和LCR 支路，所述LCL滤波器包括滤波电容Cf，所述LCR支路与所述滤波电容Cf并联;所述LCR支路包 括阻尼电感L z、阻尼电容Cz和阻尼电阻Rz，所述阻尼电感Lz、阻尼电容C z和阻尼电阻Rz三者串 联。
[0008] 本发明所述的一种LCL滤波器无源谐振阻尼方法，该方法采用所述LCL滤波器无源 谐振阻尼电路增加 LCL滤波器的阻尼。
[0009] 有益效果:相比较现有技术，本发明提供的一种LCL滤波器无源谐振阻尼电路，通 过在滤波电容Cf上并联一个LRC支路，为LCL滤波器提供阻尼，有效抑制谐振;在增强系统稳 定性的同时，只需增加较小的损耗，且成本很低;并联安装形式不改变原滤波器电气节点， 便于对已有LCL滤波器进行谐振抑制改造。
[0010] 本发明提供的一种LCL滤波器无源谐振阻尼方法，相比较传统的在滤波电容Cf上 串联阻尼电阻Rf的方法而言，通过采用LCL滤波器无源谐振阻尼电路，可以有效抑制谐振， 增强系统的稳定性;损耗小，成本低;并联安装形式不改变原滤波器电气节点，便于对已有 LCL滤波器进行谐振抑制改造。
【附图说明】
[0011] 图1为LCL滤波器拓扑图；
[0012] 图2为采用传统串联阻尼电阻的LCL滤波器拓扑图；
[0013] 图3为采用本发明无源谐振阻尼的LCL滤波器拓扑图；
[0014] 图4为LCL滤波器采用不同阻尼方法的伯德图对比图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0016] 如图1所示，LCL滤波器包括滤波电感L1、滤波电感L2和滤波电容Cf。所述滤波电感 Li的一端连接逆变器，另一端与滤波电感L2的一端和滤波电容Cf的一端相连，滤波电感L2的 另一端连接电网，滤波电容C f的另一端连接逆变器的另一端和电网的另一端。其传递函数 见式(1)
[0017] ⑴
[0018] 画出的传递函数的伯德图，如图4中实线所示，从其幅频特性曲线可看出，系统存 在一个谐振峰，其谐振频率见式(2):
[0019] (2)
[0020] 如图2所示，现有技术采用传统的串联阻尼电阻Rf的方法抑制谐振在滤波电容Cf上 串联一个阳尼由阳Rf _滤浊！的佑递涵翁亦为忒（W .
[0021]
(3)
[0022]对应的伯德图如图4中虚线所示，从其幅频特性曲线可看出，谐振峰得到抑制，但 高频段的衰减率与原LCL滤波器的-60dB/10倍频程相比有所下降。滤波电感L1上流过的电 流为，滤波电感L 2上流过的电流为"，电路的输入电压为m，输出电压为Ug。所增加的阻尼 电阻Rf流过的电流if主要包括基波电流i fl和开关频率相关纹波电流ifsw，由于阻尼电阻Rf很 小，基波电流ifi大小约等于电网电压除以滤波电容Cf容抗，开关频率相关纹波电流i fsw有效 值可按照与基本电流相等来评估。因此阻尼电阻Rf损耗约为：
[0023]
C4)
[0024] 如图3所示，LCL滤波器无源谐振阻尼电路是在LCL滤波器的滤波电容Cf上并联一 个LCR支路。所述LCR支路与所述滤波电容Cf并联;所述LCR支路包括阻尼电感Lz、阻尼电容匕 和阻尼电阻Rz，所述阻尼电感Lz、阻尼电容Cz和阻尼电阻Rz三者串联。该种情况下，滤波器的 传递函数·
[0025]
[0026] 其中，阻尼电容Cz的容值远小于滤波电容Cf，一般认为阻尼电容Cz小于等于滤波电 容Cf的十分之一。所述阻尼电感Lz与阻尼电容Cz构成串联谐振的谐振频率设计为原LCL滤波 器谐振频率。阻尼电容Cz远小于LCL滤波回路的滤波电容Cf，所以流过该支路的基波电流很 小，同时由于阻尼电感L z的作用使得开关频率的纹波电流也基本不流入该支路。因此无源 谐振阻尼支路的各元器件只需较小的额定电流，其带来的成本增加微乎其微。小电流也意 味着小损耗，与传统的在滤波电容上串联阻尼电阻相比，本发明可大大降低无源阻尼带来 的损耗。所述电阻R z的阻值可以根据阻尼强度的需求进行调节。
[0027] 如图4所示，加点线为LCL滤波器无源谐振阻尼电路对应的伯德图，从其幅频特性 曲线可看出，谐振峰得到抑制，且高频段的衰减率保持-60dB/10倍频程，与原LCL滤波器一 致，优于滤波电容串联阻尼电阻的传统方案。所增加无源谐振阻尼LCR支路中，阻尼电容C z 取LCL滤波电容Cf容值的I/10，阻尼电感1^的取值见式(6):
[0028] (6)
[0029] 当阻尼电阻1取30倍Rf时，其幅频特性曲线上谐振峰的衰减程度与传统串联阻尼 电阻Rf时相一致。LRC支路上流过的电流为i z，滤波电感1^上流过的电流为丨!，滤波电感L2上 流过的电流为ig，电路的输入电压为m，输出电压为u g。无源谐振阻尼支路流过的主要是基 波电流，其大小取决阻尼电容Cz，开关频率谐波由于阻尼电感L z的作用基本不流入该支路。 因此无源谐振阻尼产生的损耗约为：
[0030]
(J)
[0031] 由图4的三条频率特性曲线对比可见，本发明的效果优于滤波电容串联阻尼电阻 的传统方案。本发明在谐振频率下LCR支路呈现纯电阻特性，为系统提供阻尼，抑制谐振;在 电网基波频率下，阻尼单元呈现高容抗特性，流过电流较小，大大减小了阻尼电阻的基波损 耗，在保持同样阻尼效果的前提下，损耗只有传统方法的15%，对于降低设备损耗，提高设 备效率，提高系统稳定性具有重要意义;实现了较小功率损耗下抑制滤波器谐振，且其并联 安装形式不改变原滤波器电气节点，便于对已有LCL滤波器进行谐振抑制改造。
[0032]以上通过实例描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业技术 人员可根据本发明公开的内容进行多种实施方式，在不脱离本发明原理和范围的前提下进 行的各种变化和改进都属于本发明保护范围，例如可应用于三相并网变流器滤波回路的谐 振抑制，即LCL滤波器可以是单相的，也可以是三相的。
【主权项】
1. 一种LCL滤波器无源谐振阻尼电路，其特征在于，包括LCL滤波器和LCR支路，所述LCL 滤波器包括滤波电容Cf,所述LCR支路与所述滤波电容Cf并联;所述LCR支路包括阻尼电感 Lz、阻尼电容Cz和阻尼电阻Rz，所述阻尼电感Lz、阻尼电容Cz和阻尼电阻RzS者串联。2. 根据权利要求1所述的IXL滤波器无源谐振阻尼电路，其特征在于，所述阻尼电容Cz的 容值小于等于滤波电容Cf的十分之一。3. 根据权利要求1或2所述的LCL滤波器无源谐振阻尼电路，其特征在于，所述阻尼电感 Lz与阻尼电容Cz构成串联谐振的谐振频率为LCL滤波器的谐振频率fres。4. 根据权利要求3所述的LCL滤波器无源谐振阻辰,由I晚.S賠丰.所述阻尼电容Cz的 值为滤波电容Cf的十分之一;所述阻尼电感Lz的值耳5. 根据权利要求1或2所述的LCL滤波器无源谐振阻尼电路，其特征在于，所述阻尼电阻 Rz的阻值可W根据需求进行调节。6. 根据权利要求1或2所述的LCL滤波器无源谐振阻尼电路，其特征在于，所述LCL滤波 器为单相LCL滤波器或S相LCL滤波器。7. 根据权利要求1或2所述的LCL滤波器无源谐振阻尼电路，其特征在于，所述LCL滤波 器还包括滤波电感b和滤波电感L2,所述滤波电感b的一端连接逆变器，另一端与滤波电感 L2的一端和滤波电容Cf的一端相连，滤波电感L2的另一端连接电网，滤波电容Cf的另一端连 接逆变器的另一端和电网的另一端。8. -种使用权利要求1至7中任一项所述LCL滤波器无源谐振阻尼电路的阻尼方法，其 特征在于，采用了其中的LCR支路增加 LCL滤波器的阻尼。
【文档编号】H02M1/12GK105915033SQ201610240549
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】吴维宁, 赵紫龙, 邵宜祥, 石磊, 过亮, 瞿兴鸿, 孙素娟, 张侃, 王瑞
【申请人】国电南瑞科技股份有限公司