新能源发电并网变流器的变阻抗滤波电路及其控制方法与流程

本发明涉及一种滤波电路，特别涉及一种新能源发电并网变流器的变阻抗滤波电路及其控制方法。

背景技术：

新能源并网发电并网变流器的滤波电路一般采用LC形式或者LCL形式，用来将变流器输出的高频脉冲波平滑为交流正弦波，提高并网的电能质量。LC滤波电路与LCL滤波电路主电路原理示意图如下图1、2所示。

新能源并网变流器滤波电路一般根据变流器自身特性设计相应的参数取值。如开关频率、控制频率、装置容量等参数确定后，会有设计固定参数的电感L、电容C滤除逆变电路产生的谐波，使输入到电网中的电能为平滑正弦波。

正如上文所述，新能源并网变流器只考虑滤除本身逆变电路产生的开关谐波，未考虑适应电网及其他部件与并网变流器交互过程的谐波的影响。当电网及其他部件中存在谐波时，LC滤波电路、LCL滤波电路会与电网及其他部件的阻抗产生波形高频震荡放大，这些高频震荡放大会恶化并网电能质量，引起部件烧毁或使设备寿命缩短等问题。

如电网或者其他部件在新能源发电设备运行过程，某个工况产生1.5kHz谐波，而并网变流器的LC滤波电路或者LCL滤波电路的低阻抗频率点也在1.5kHz附近，则并网变流器的并网点会产生1.5kHz谐波放大现象，严重的情况下会产生设备烧毁或者变流器不能并网等情况，造成巨大损失。

针对低频震荡可以在控制算法上进行有源阻尼控制等软件控制策略予以解决，但对于高频震荡，由于控制器采样频率及控制带宽限制并不能通过软件控制算法进行解决。

技术实现要素：

本发明提出了适用于新能源发电并网变流器的变阻抗滤波电路拓扑发明及控制策略，用来解决并网变流器与电网及其他部件之间电参数阻抗高频震荡，谐波放大的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案在于提供一种新能源发电并网变流器的变阻抗滤波电路，其特征在于，

在并网变流器的滤波回路中，设置有多组并联的可控投切电容组；每一组包含串联的电容和可控开关；

通过与各组可控开关分别信号连接的控制器，发出驱使设定组数的可控开关进行闭合或断开的指令，来将相应组数的电容投入所述滤波回路或者从所述滤波回路切除。

可选地，所述滤波回路是设在逆变电路与电网之间的LC滤波器或LCL滤波电路。

可选地，所述可控开关是继电器。

可选地，各组电容的容值相等或不相等。

本发明的另一个技术方案是提供一种上述变阻抗滤波电路的控制方法，在并网变流器的运行过程中，根据谐波源与滤波回路产生震荡的工况，控制器计算为消除震荡需要在滤波回路中投入或切除的可控投切电容组的数量；

所述控制器发送指令，使需要投入或切除的可控投切电容组中的可控开关进行闭合或断开，来将相应的电容投入所述滤波回路或者从所述滤波回路切除，对滤波回路进行阻抗调整。

可选地，在并网变流器的运行过程中，为确认所需投入的可控投切电容组，所述控制器对各组电容的投切次数进行比较，先将投切次数小的电容投入；投切次数相等时，先将运行时间值小的电容投入；

在并网变流器的运行过程中，为确认所需切除的可控投切电容组，所述控制器对各组电容的运行时间进行比较，先将运行时间值大的电容切除；运行时间相等时，先将投切次数大的电容切除。

可选地，在并网变流器运行之前，包含并网变流器的启动状态；

在启动状态下，所述控制器对滤波回路中每组电容的投切次数、运行时间进行读取；按照滤除开关谐波要求，设定滤波回路的运行参数，确定启动状态需投入的可控投切电容组的数量；

为确认所需投入的可控投切电容组，所述控制器对各组电容的投切次数进行比较，先将投切次数小的电容投入；投切次数相等时，先将运行时间值小的电容投入。

可选地，在并网变流器的运行过程中，所述控制器读取实时更新的电容运行时间；在完成向滤波回路投入或切除电容的动作后，所述控制器读取更新的电容动作次数。

与现有技术相比，本发明所述新能源发电并网变流器的变阻抗滤波电路及其控制方法，其优点在于：

对于传统并网变流器滤波回路的电感、电容参数固定的情况，本发明提供了一种滤波电路的新型拓扑结构。电感参数由于控制需求及串联原因，不便于调节。在此基础上，本发明设置并联的多组电容，同时增加相应的可控开关，根据控制器参考实时工况提出的指令进行投入或切除。本发明可以用来改变并网变流器滤波回路阻抗参数，实现与电网及其他部件的阻抗匹配，从而解决变流器因滤波回路阻抗与电网及其他部件阻抗不匹配产生的高频谐振问题。具体的实施例中，电容组投入与切除分别由控制器计算其运行时间，优先投入运行时间短、开关动作次数少的电容器，起到增加部件寿命效果。

附图说明

图1是传统的并网变流器LC滤波电路示意图；

图2是传统的并网变流器LCL滤波电路示意图；

图3是本发明中变阻抗型式的LC滤波电路拓扑发明示意图；

图4是本发明中变阻抗型式的LCL滤波电路拓扑发明示意图；

图5是本发明中变流器滤波回路变阻抗控制逻辑的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种变阻抗滤波电路及其控制方法，适用于新能源发电并网变流器。将多组可控投切电容组并联形成滤波回路电路，即，在并网变流器的滤波回路中装有多组由开关控制的电容器组，从而根据并网变流器实时运行情况投入或者切除相应组数电容。

该电路可以用来改变并网变流器滤波回路阻抗参数，以实现与电网及其他部件的阻抗匹配，从而解决变流器因滤波回路阻抗与电网及其他部件阻抗不匹配产生的高频谐振问题。

所述滤波回路电路包含但不限于LC滤波器或LCL滤波器，其主电路拓扑结构分别如图3、图4所示。在LC滤波电路中的电感L与电网之间，或者在LCL滤波电路中的电感L1与L2之间，设有并联的n组电容开关投切电路；每一组包含串联的电容和可控开关，通过所述可控开关实现相应电容的投入或切除。n大于等于2，根据变流器容量、电容容值、滤波要求，对n的数值进行配置。

进一步设置有控制器与每组的可控开关分别信号连接，用来根据实时工况控制电容开关投切电路的投入与切除策略，即控制具体需要投入或切除的并联电容的组数。

电容是否按指令投入与切除，可以通过投切开关辅助触点闭合状态及变化的无功电流判断。可控开关可由继电器实现，但不限于继电器方式。各组电容的容值可以相等或不等，不限于相等的情况。

例如，在并网变流器启动时投入了2组电容，可以满足滤除逆变电路开关谐波的要求。运行过程中，在某个运行状态系统中出现了1.5kHz谐波源，该谐波源与滤波回路产生了震荡。此时控制器检测到该工况，通过控制器调节后再检测的方式或者通过查表的方式，可以计算得出再投入2组电容即可消除震荡。为此，控制器发出投入2组电容的指令，向启动时未投入的2组电容开关投切电路发送指令，以控制其中的可控开关相应闭合。而当投入多组电容引起震荡，切除电容的逻辑控制与之相同。

如图5所示，本发明中电容的切除与投入控制程序流程，包含：

S1、变流器启动

控制器对滤波回路中每组的电容投切次数Mn、运行时间Tn进行读取；按照滤除开关谐波要求，设定滤波器参数运行。

控制器确定启动状态需投入的电容组数量，控制相应的切换开关闭合。其中，优先投入投切次数少、运行时间短的电容。为此，可以优先判断电容的投切次数，先将投切次数小的电容投入；投切次数相等的情况下，先将运行时间值小的电容投入。

S2、变流器运行

期间控制器读取实时更新的电容运行时间Tn。

S3、震荡判断

控制器根据对相应工况参数的检测结果，判断谐波源与滤波回路是否产生震荡。若没有产生震荡，保持现有运行状态；若产生震荡，执行步骤S4。

S4、改变滤波器参数

控制器对产生的震荡进行分析，计算需要变动的电容组数量，执行相应的投切动作，控制投入或切除的电容组的可控开关闭合或断开。如果是投入电容，则选择所加入电容时的优先顺序，原则上与启动状态时的逻辑相同；如果是切除电容，其优先顺序与启动时逻辑相反（优先判断并切除运行时间长的电容，运行时间相等时优先切除投切次数大的电容）。

完成投切动作后，控制器读取更新的动作次数Mn。变流器以参数调整后的滤波回路继续运行。

综上所述，本发明在滤波回路中的电容器回路，采用可控开关控制的多组电容器结构；滤波回路改变参数时，可以对电容组的投入与切除进行相应控制。通过改变并联电容组数，可以调整变流器的滤波回路阻抗。因此在系统中出现谐波源时，不产生谐波放大，同时衰减滤除谐波，本发明有效解决了新能源并网发电系统中并网变流器与电网及其他部件交互过程中产生谐波震荡的问题。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。