一種改進型lcl濾波器及逆變系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種改進型LCL濾波器及逆變系統(tǒng)，屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】。改進型LCL濾波器包括由第一電感L1、第二電感L2和第一電容C1構(gòu)成的基本型LCL濾波器和RLC阻尼支路Q，第一電容C1的兩端并聯(lián)至少一RLC阻尼支路Q，所述的RLC阻尼支路Q包括相互串聯(lián)的第二電容C2、第一電阻R1和第三電感L3；逆變系統(tǒng)，包括單相或三相逆變單元和所述的改進型LCL濾波器。優(yōu)點：其能夠增加諧振角頻率點處及附近的阻尼特性，抑制諧振角頻率點處的諧振峰值，同時，還可以大大降低阻尼電阻上的損耗，減小由于阻尼電阻增加所導(dǎo)致的對LCL濾波器高頻和低頻段的衰減特性的影響。
【專利說明】—種改進型LCL濾波器及逆變系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種改進型LCL濾波器以及逆變系統(tǒng)。
[0002]【背景技術(shù)】
[0003]隨著新能源發(fā)電在全世界范圍內(nèi)的推廣，并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)也成為一個重要的研究方向，人們越來越關(guān)注并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)之間的相互影響。通常并網(wǎng)逆變器采用高頻脈寬調(diào)制(英文全稱為:pulse width modulation,簡稱:PWM),從而導(dǎo)致進入電網(wǎng)的電流中含有大量的高次諧波。為抑制并網(wǎng)電流中的總諧波失真(英文全稱為:Total HarmonicDistortion，簡稱:THD)成分，長期以來沿用的都是傳統(tǒng)的單電感L濾波器或LC濾波器。工程實際應(yīng)用中，不僅希望濾波器濾波效果穩(wěn)定優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡單，還要求體積較小，便于安裝。LCL濾波器具有三階濾波特性，在低于諧振頻率點的低頻段衰減特性與單電感基本相同，在高于諧振頻率點的高頻段呈現(xiàn)三倍于單電感的衰減特性，因此可以采用總電感比單電感小的LCL濾波器來實現(xiàn)相同的濾波效果，減小了濾波器的體積，并且對于開關(guān)次的頻率可實現(xiàn)三倍衰減特性。在相同電感值的情況下，LCL濾波器由于具有更為理想的高頻濾波效果，從而常被用于大功率、低開關(guān)頻率的并網(wǎng)設(shè)備。圖4示出了應(yīng)用現(xiàn)有LCL濾波器的逆變系統(tǒng)的電原理圖，所述的LCL濾波器包括第一電感L1、第二電感L2以及第一電容Cl,其中,第一電容Cl為濾波電容。LCL濾波器的一端連接逆變單元，另一端連接電網(wǎng)。該LCL濾波器的缺點是在諧振角頻率點處會有諧振特性，呈現(xiàn)零阻抗特性，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性及并網(wǎng)電流波形的質(zhì)量都有很大影響。為了抑制LCL濾波器的諧振特性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最簡單的方法是在濾波器的回路中接入電阻來增加系統(tǒng)阻尼，即無源阻尼法。傳統(tǒng)的無源阻尼法又分為濾波電容串聯(lián)電阻和濾波電容并聯(lián)電阻等的無源阻尼。圖5示出了在圖4所示的LCL濾波器的濾波電容(即第一電容Cl)的支路上并聯(lián)第一電阻Rl的無源阻尼方法。圖6示出了直接在圖4所示的LCL濾波器的電容支路串聯(lián)第一電阻Rl的無源阻尼法，同時還可參見機械工業(yè)出版社2003年10月出版的由張崇巍和張興編著的《PWM整流器及其控制》中第254?281頁所記載的內(nèi)容。以上所述無源阻尼法是通過阻尼電阻來抑制諧振峰值，但阻尼特性的增加會導(dǎo)致系統(tǒng)損耗增加，效率降低，尤其在大功率場合，阻尼電阻發(fā)熱嚴重，必須使用散熱器件，這樣就會增加硬件維護成本和設(shè)備體積。
[0004]鑒于上述已有技術(shù)，有必要加以改進，為此，本 申請人:作了有益的設(shè)計，下面將要介紹的技術(shù)方案便是在這種背景下產(chǎn)生的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的首要任務(wù)在于提供一種改進型LCL濾波器，其能夠增加諧振角頻率點處及附近的阻尼特性，抑制諧振角頻率點處的諧振峰值，同時，還可以大大降低阻尼電阻上的損耗，減小由于阻尼電阻增加所導(dǎo)致的對LCL濾波器高頻和低頻段的衰減特性的影響。
[0006]本實用新型的另一任務(wù)在于提供一種逆變系統(tǒng)，能夠很好地抑制并網(wǎng)電流中的總諧波失真，系統(tǒng)損耗較少、穩(wěn)定性較高。
[0007]為了完成首要任務(wù)，本實用新型所提供的技術(shù)方案是:一種改進型LCL濾波器，包括由第一電感L1、第二電感L2和第一電容Cl構(gòu)成的基本型LCL濾波器和RLC阻尼支路Q，所述的第一電感LI的一端為改進型LCL濾波器的交流輸入端,第一電感LI的另一端與第二電感L2的一端以及第一電容Cl的一端連接,第二電感L2的另一端為改進型LCL濾波器的交流輸出端，第一電容Cl的另一端為中性點連接端，其特征在于，第一電容Cl的兩端并聯(lián)至少一 RLC阻尼支路Q，所述的RLC阻尼支路Q包括相互串聯(lián)的第二電容C2、第一電阻Rl和第三電感L3。
[0008]在本實用新型的一個具體的實施例中，所述的RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點與基本型LCL濾波器的諧振角頻率點相同或者在其附近。
[0009]在本實用新型的另一個具體的實施例中，所述的RLC阻尼支路Q有相互并聯(lián)的兩路。
[0010]為了完成另一任務(wù)，本實用新型所提供的技術(shù)方案是:一種逆變系統(tǒng)，其特征在于:包括單相逆變單元和所述的改進型LCL濾波器，改進型LCL濾波器的交流輸入端連接單相逆變單元的輸出端，改進型LCL濾波器的交流輸出端連接電網(wǎng)或負載，第一電容Cl的中性點連接端連接電網(wǎng)或負載。
[0011]為了完成另一任務(wù)，本實用新型所提供的技術(shù)方案是:一種逆變系統(tǒng)，其特征在于:所述的逆變系統(tǒng)包括三相逆變單元和與三相逆變單元的各相電路對應(yīng)的三個所述的改進型LCL濾波器，三個改進型LCL濾波器的交流輸入端分別連接三相逆變單元的各相電路的輸出端，三個改進型LCL濾波器的交流輸出端分別連接電網(wǎng)或負載，三個改進型LCL濾波器的中性點連接端相互連接。
[0012]在本實用新型的又一個具體的實施例中，所述的逆變系統(tǒng)的改進型LCL濾波器的RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點與基本型LCL濾波器的諧振角頻率點相同或者在其附近。。
[0013]在本實用新型的再一個具體的實施例中，所述的逆變系統(tǒng)的改進型LCL濾波器的RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點和所述的單相逆變單元的載波角頻率點相同或者在其附近。
[0014]在本實用新型的還有一個具體的實施例中，所述的逆變系統(tǒng)的改進型LCL濾波器的RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點和所述的三相逆變單元的載波角頻率點相同或者在其附近。
[0015]在本實用新型的更而一個具體的實施例中，所述的逆變系統(tǒng)的改進型LCL濾波器的RLC阻尼支路Q有相互并聯(lián)的兩路。
[0016]本實用新型由于采用了上述結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是:1.能夠增加LCL濾波器的諧振頻率點及附近頻帶的阻尼特性，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；2.降低LCL濾波器的諧振頻率點及附近頻帶的諧波；3.大大降低LCL濾波器的阻尼支路上的損耗，減小對功率因數(shù)的影響；4.減小增加的阻尼電阻對LCL濾波器高頻和低頻段特性的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型所述的逆變系統(tǒng)中的一實施例的電原理圖。
[0018]圖2為本實用新型所述的逆變系統(tǒng)中的另一實施例的電原理圖。[0019]圖3為本實用新型所述的逆變系統(tǒng)中的又一實施例的電原理圖。
[0020]圖4為現(xiàn)有技術(shù)的逆變系統(tǒng)的電原理圖。
[0021]圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的LCL濾波器并聯(lián)阻尼的電原理圖。
[0022]圖6為現(xiàn)有技術(shù)中的LCL濾波器串聯(lián)阻尼的電原理圖。
【具體實施方式】:
[0023]為了使公眾能充分了解本實用新型的技術(shù)實質(zhì)和有益效果， 申請人:將在下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】詳細描述，但 申請人:對實施例的描述不是對技術(shù)方案的限制，任何依據(jù)本實用新型構(gòu)思作形式而非實質(zhì)的變化都應(yīng)當(dāng)視為本實用新型的保護范圍。
[0024]實施例1:
[0025]請參閱圖1，一種改進型LCL濾波器，包括由第一電感L1、第二電感L2和第一電容Cl構(gòu)成的基本型LCL濾波器和RLC阻尼支路Q。所述的第一電感LI的一端為改進型LCL濾波器的交流輸入端，第一電感LI的另一端與第二電感L2的一端以及第一電容Cl的一端連接，第二電感L2的另一端為改進型LCL濾波器的交流輸出端,第一電容Cl的另一端為中性點連接端，其中，第一電感LI為逆變側(cè)濾波電感，第二電感L2為網(wǎng)側(cè)濾波電感，第一電容Cl為濾波電容。在第一電容Cl的兩端并聯(lián)至少一 RLC阻尼支路Q，所述的RLC阻尼支路Q可以有兩路，在本實施例中只示意了一 RLC阻尼支路Q進行說明。所述的RLC阻尼支路Q包括相互串聯(lián)的第二電容C2、第一電阻Rl和第三電感L3。假設(shè)所述的RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點為ω。，ω0=\ N Li* Cl ；假設(shè)基本型LCL濾波器的諧振角頻率點為
coLCL , ohcL = J ,m ,當(dāng)基·本型LCL濾波器在其諧振角頻率點時，由于RLC阻
V LIL2 ^C I
尼支路Q的諧振角頻率點Qci與基本型LCL濾波器的諧振角頻率點的設(shè)計相同，所以RLC阻尼支路Q也在基本型LCL濾波器的諧振角頻率點上，即也到達其自身的諧振角頻率點Otltj由于RLC串聯(lián)阻尼支路Q在諧振角頻率點Oci處會有諧振特性，呈現(xiàn)零阻抗特性，因此RLC串聯(lián)阻尼支路Q的阻值降低為第一電阻Rl的阻值，通常地，第一電阻Rl的阻值為第一電容Cl容抗的三分之一，因此基本型LCL濾波器在其諧振角頻率點處或其附近的頻段會選擇性地接入RLC阻尼支路Q，從而實現(xiàn)增加諧振角頻率點處的阻尼特性，達到抑制諧振角頻率點處的諧振峰值的目的；基本型LCL濾波器只在諧振角頻率點《^或其附近時會有大部分的電流通過阻尼電阻(即第一電阻R1)，而當(dāng)基本型LCL濾波器處于其它頻段時，由于RLC串聯(lián)阻尼支路Q的阻值高于第一電容Cl的容抗，因此LCL濾波器會選擇第一電容Cl支路，剩余小部分電流流入RLC串聯(lián)阻尼支路Q，從而能有效降低系統(tǒng)的阻尼損耗。
[0026]請繼續(xù)參閱圖1，一種逆變系統(tǒng)包括單相逆變單元和所述的改進型LCL濾波器，改進型LCL濾波器的交流輸入端連接單相逆變單元的輸出端，改進型LCL濾波器的交流輸出端連接電網(wǎng)或負載，第一電容Cl的中性點連接端連接電網(wǎng)或負載。根據(jù)上述原理，所述的改進型LCL濾波器的RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點Qci可以設(shè)置成與基本型LCL濾波器的諧振角頻率點相同或者在其附近，同時也可以被設(shè)置成與改進型LCL濾波器所連接的單相逆變單元的載波角頻率點相同或在其附近，由此可以增加系統(tǒng)在載波角頻率點或其附近處的阻尼特性，減小載波角頻率點或其附近處的諧波，抑制逆變系統(tǒng)在載波角頻率點或其附近處產(chǎn)生的諧波峰值。具體地，由于RLC串聯(lián)阻尼支路Q的諧振角頻率點Coci與載波角頻率設(shè)計相同，因此當(dāng)RLC阻尼支路Q在載波角頻率點時也達到了自身的諧振角頻率點Otl，其阻抗變?yōu)榱?；進一步地，若第一電阻Rl的阻值被設(shè)計為小于第一電容Cl的容抗，RLC阻尼支路Q在載波角頻率點或其附近時會有大部分的電流通過RLC阻尼支路Q的第一電阻R1，將載波頻段電流能量消耗在該支路的電阻上，從而抑制了逆變系統(tǒng)在載波角頻率處的諧波峰值。另外，RLC阻尼支路Q還可以減小系統(tǒng)在增加阻尼電阻后對LCL濾波器高頻和低頻段的衰減特性造成的影響。具體而言，RLC阻尼支路Q的諧振頻率設(shè)計與基本型LCL濾波器的諧振頻率設(shè)計相同，因此在低頻段和高頻段，RLC阻尼支路Q的阻抗均較大，根據(jù)并聯(lián)電路原理，該情況下的大部分電流會流過阻抗相對較低的第一電容Cl ;而在諧振頻率及其附近時，阻抗變得較小，此時大部分的電流會選擇流過RLC阻尼支路Q，從而并聯(lián)的RLC阻尼支路Q不會對LCL濾波器高頻和低頻段的衰減特性造成影響。
[0027]實施例2:
[0028]請參閱圖2,—種逆變系統(tǒng)包括三相逆變單元和與三相逆變單元的各相電路對應(yīng)的三個如權(quán)利要求1所述的改進型LCL濾波器，三個改進型LCL濾波器的交流輸入端分別連接三相逆變單元的各相電路的輸出端，三個改進型LCL濾波器的交流輸出端分別連接電網(wǎng)或負載，三個改進型LCL濾波器的中性點連接端相互連接。第一電感L1、第二電感L2和第一電容Cl構(gòu)成連接三相逆變單元的第一相和電網(wǎng)或負載的基本型LCL濾波器，而第二電容C2、第三電感L3和第一電阻Rl構(gòu)成所述的第一相電路對應(yīng)的RLC阻尼支路；第四電感L4、第五電感L5和第三電容C3構(gòu)成連接三相逆變單元的第二相和電網(wǎng)或負載的基本型LCL濾波器，而第四電容C4、第六電感L6和第二電阻R2構(gòu)成所述的第二相電路對應(yīng)的RLC阻尼支路；第七電感L7、第八電感L8和第五電容C5構(gòu)成連接三相逆變單元的第三相和電網(wǎng)或負載的基本型LCL濾波器，而第六電容C6、第九電感L9和第三電阻R3構(gòu)成所述的第三相電路對應(yīng)的RLC阻尼支路。其中各RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點與各對應(yīng)的基本型LCL濾波器的諧振角頻率點相同或者在其附近，或者是RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點和所述的三相逆變單元的載波角頻率點相同或者在其附近。上述各相電路對應(yīng)的基本型LCL濾波器上可以設(shè)置兩路RLC阻尼支路。由于各相上的工作原理均與實施例1中所述原理相同，此處省略敘述。
[0029]實施例3:
[0030]請參閱圖3，一種逆變系統(tǒng)包括單相逆變單元和所述的改進型LCL濾波器，所述的改進型LCL濾波器在基本型LCL濾波器的第一電容Cl兩端并聯(lián)由兩路相互并聯(lián)的RLC阻尼支路構(gòu)成的雙阻尼支路。在本實施例中，第二電容C2、第三電感L3和第一電阻Rl構(gòu)成一 RLC阻尼支路，可將其諧振角頻率點設(shè)置為與基本型LCL濾波器的諧振角頻率點相同或在其附近，用于抑制諧振角頻率點處及附近的諧振波；第七電容C7、第十電感LlO和第四電阻R4構(gòu)成另一 RLC阻尼支路，可將其諧振角頻率點設(shè)置為與改進型LCL濾波器相連接的單相逆變單元的載波角頻率點相同或在其附近，用于單相抑制逆變單元載波頻率處產(chǎn)生的諧波峰值。其工作原理與實施例相同，此處不再贅述。
[0031]以三相500KW光伏逆變器36%功率工況為例，將本實用新型的實施例與現(xiàn)有技術(shù)的實施效果進行比較，具體可參閱下表。[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種改進型LCL濾波器,包括由第一電感L1、第二電感L2和第一電容Cl構(gòu)成的基本型LCL濾波器和RLC阻尼支路Q，所述的第一電感LI的一端為改進型LCL濾波器的交流輸入端,第一電感LI的另一端與第二電感L2的一端以及第一電容Cl的一端連接,第二電感L2的另一端為改進型LCL濾波器的交流輸出端，第一電容Cl的另一端為中性點連接端，其特征在于:第一電容Cl的兩端并聯(lián)至少一 RLC阻尼支路Q，所述的RLC阻尼支路Q包括相互串聯(lián)的第二電容C2、第一電阻Rl和第三電感L3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進型LCL濾波器，其特征在于所述的RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點與基本型LCL濾波器的諧振角頻率點相同或者在其附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進型LCL濾波器，其特征在于所述的RLC阻尼支路Q有相互并聯(lián)的兩路。
4.一種逆變系統(tǒng)，其特征在于:包括單相逆變單元和如權(quán)利要求1所述的一種改進型LCL濾波器，改進型LCL濾波器的交流輸入端連接單相逆變單元的輸出端，改進型LCL濾波器的交流輸出端連接電網(wǎng)或負載，第一電容Cl的中性點連接端連接電網(wǎng)或負載。
5.一種逆變系統(tǒng)，其特征在于:所述的逆變系統(tǒng)包括三相逆變單元和與三相逆變單元的各相電路對應(yīng)的三個如權(quán)利要求1所述的改進型LCL濾波器，三個改進型LCL濾波器的交流輸入端分別連接三相逆變單元的各相電路的輸出端，三個改進型LCL濾波器的交流輸出端分別連接電網(wǎng)或負載，三個改進型LCL濾波器的中性點連接端相互連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種逆變系統(tǒng)，其特征在于所述的改進型LCL濾波器的RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點與對應(yīng)的基本型LCL濾波器的諧振角頻率點相同或者在其附近。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種逆變系統(tǒng)，其特征在于所述的改進型LCL濾波器的RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點和所述的單相逆變單元的載波角頻率點相同或者在其附近。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種逆變系統(tǒng)，其特征在于所述的改進型LCL濾波器的RLC阻尼支路Q的諧振角頻率點和所述的三相逆變單元的載波角頻率點相同或者在其附近。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種逆變系統(tǒng)，其特征在于所述的改進型LCL濾波器的RLC阻尼支路Q有相互并聯(lián)的兩路。
【文檔編號】H02J3/01GK203645329SQ201320870191
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】徐麗, 章寬, 李志鵬, 王劍國 申請人:常熟開關(guān)制造有限公司(原常熟開關(guān)廠）