一种并网逆变LLCL混合阻尼滤波器设计方法与流程

本发明涉及并网逆变器领域，特别是涉及一种并网逆变llcl混合阻尼滤波器设计方法。

背景技术：

能源是发展国民经济的基础，但随着经济的发展，人口大量的增加，使得能源消耗快速增长，开发利用新能源迫在眉睫，世界各国都在积极开发新能源与可再生能源。目前，光伏发电技术的研究进展迅速，在新能源中所占比例较为突出，光伏发电技术中最为重要的便是逆变器模块，而如何提高并网逆变电流的质量是逆变器最重要的性能之一。

目前，抑制三相并网逆变器入网电流谐波的滤波器主要有l型和lcl型滤波器。单电感l型的滤波器结构简单，但其滤波效果差，lcl滤波器和单电感相比滤波效果更好，但lcl滤波器在某些高次谐波下会发生谐振，产生一个谐振峰，导致逆变器不稳定，其对开关频率处的谐波抑制效果也不明显。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种滤波效果好、系统稳定性强的并网逆变llcl混合阻尼滤波器设计方法，并对其采用无源阻尼法与基于电容电流反馈有源阻尼法相结合的混合阻尼控制，抑制入网电流谐波，降低入网电流的thd值(总谐波畸变率)，同时增强系统的稳定性。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种并网逆变llcl混合阻尼滤波器设计方法，其特征在于：在三相并网逆变器的输出处设置llcl滤波器，用来滤除入网电流谐波；所述llcl滤波器采用无源阻尼法与基于lc支路的电容电流反馈的有源阻尼法相结合的混合阻尼控制，所述无源阻尼法是在lc支路串联一个电阻r进一步抑制谐振峰。

更为优选地，所述电阻r的取值范围为1-7欧姆。

更为优选地，所述三相并网逆变器桥臂输出电压ui对入网电流的ig的传递函数为：

更为优选地，所述llcl滤波器的混合阻尼反馈参数x为：

本发明的有益效果是：

通过在三相并网逆变器的输出处设置llcl滤波器，并结合有源阻尼法和无源阻尼法两种控制方法，不仅增加llcl滤波器在谐振频率处的阻尼，抑制系统的谐振峰，而且利用无源阻尼法在lc支路串联一个电阻r进一步抑制谐振峰；有效抑制入网电流谐波，降低入网电流的thd值(总谐波畸变率)，增强系统的稳定性。同时，该设计方法实现简单，在考虑谐振频率、系统稳定性以及损耗的条件下，可以十分容易地确定合适的混合阻尼反馈参数x及阻尼电阻r。

附图说明

图1所示为本发明提供的并网逆变llcl混合阻尼滤波器设计方法的三相并网逆变器电路拓扑图。

图2所示为有源阻尼控制结构框图。

图3所示为的混合阻尼控制结构框图。

图4所示为本发明的混合阻尼波特图。

具体实施方式

下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1)llcl滤波器的数学模型：

如图1所示，一种并网逆变llcl混合阻尼滤波器的三相并网逆变器电路拓扑图。

e为直流输入电压源，q1～q6为开关管，va，vb，vc为三相并网逆变器桥臂侧输出电压，i为逆变器侧输出电流，ig为电网侧电流，ic为电容支路电流，l1为逆变器侧电感，l2为电网侧电感，l3、c分别为滤波支路电感和电容，ea，eb，ec为三相电网电压，且忽略了l1，l2，l3串联电阻。

根据拓扑图可得到llcl滤波器逆变器侧输出电压ui到入网侧电流ig的传递函数特性：

在lc支路串联一个电阻r，可以得到无源阻尼法逆变器桥臂输出电压ui到入网电流ig的传递特性函数为：

无源阻尼电阻约为电容在谐振频率处容抗的1/3。

根据图2，可以得到有源阻尼法逆变器桥臂输出电压ui到入网电流ig的传递特性函数为：

基于llcl滤波器的有源阻尼法和无源阻尼法在低频段和高频段的增益都是相同的，谐振峰都被抑制。但是无源阻尼法对llcl滤波器在开关频率处的增益影响很小，同时削弱了llcl滤波器lc支路引起的谐振谷，不利于开关频率处谐波的抑制。有源阻尼法有效地抑制了谐振频率处以及开关频率处的谐波。但有源阻尼法的lc电流反馈依靠对电容电流的采样和离散控制器实现，这和实际的阻尼电阻有很大的区别，会影响有源阻尼法的性能。因此本发明提出混合阻尼法抑制电流谐波。

根据图3，可以得到混合源阻尼法逆变器桥臂输出电压ui到入网电流ig的传递特性函数为：

2)混合阻尼反馈参数x的设计：

从图2中可以看到，x的取值如式(5)所示：

能使式(2)和式(3)的分母相同，即有源阻尼能够与无源阻尼产生相同的阻尼效果。

但式(2)和式(3)的分子不同，采用无源阻尼法时，传递函数分子由比例项和微分项组成；采用有源阻尼法时，传递函数分子只有比例项。这使得有源阻尼在高频段的增益更低，抑制谐波能力更好。

3)混合阻尼电阻r的设计：

阻尼电阻会给系统带来额外的损耗，在设计时不仅需考虑系统稳定性和滤波性能，还需要考虑系统的损耗。

由图4可知，电阻r不同时，第一个谐振峰和第二个谐振谷的增益有较大的变化。r越大第一个谐振峰的衰减程度越小，但第二个谐振谷的衰减程度却越大，在选取r的取值时需要综合考虑。本发明同时考虑到损耗对系统的影响，最终选取阻尼电阻r＝1。r＝1时，对第一个谐振峰增益影响较小，但对第二个谐振谷的衰减更大。既满足了滤波性能的要求，又减小了损耗。

混合阻尼控制下的llcl滤波器能够很好的抑制系统谐振频率处和开关频率处的谐波，降低入网电流的thd值(总谐波畸变率)。

通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。