电压源型换流器LCL滤波器确定性设计

为保证LCL滤波器性能、提高LCL滤波器参数设计效率,基于电压源型换流器(VSC)的序分量动态相量(DPSCs)谐波分析模型,提出了一种LCL滤波器参数的确定性设计方法。该方法对换流器侧电感、滤波电容和网侧电感分别进行计算。换流器侧电感由功率约束和电流动态跟踪约束确定,并选取其下限值作为设计值;滤波电容由无功功率约束确定;通过谐波分析模型定量计算VSC各次谐波分量,并以IEEE 1547标准规定的并网谐波电流畸变率为约束条件,计算出网侧电感值,最后通过稳定性分析和仿真与实验验证滤波器参数设计的有效性。实验结果表明,所设计的LCL滤波器使得开关频率附近的谐波电流减少至0.02 A,高次谐波电流含有率约为0.23%。所提出的LCL滤波器确定性设计方法能有效提高LCL滤波器参数设计效率,减少了参数设计过程中的反复试凑和复杂的优化算法。     

一种LCL滤波器有源阻尼策略与设计方法

针对LCL滤波器的谐振峰特性会导致系统不稳定、中大功率变流器中无源阻尼方法的阻尼损耗会引起严重发热问题,根据LCL滤波器的传递函数和电容支路电流对系统阻尼的影响,提出一种电容支路电流反馈有源阻尼策略和反馈参数设计方法。研究了电容支路电流反馈有源阻尼策略对系统谐振峰增益和开关频率处增益的影响,将该有源阻尼策略和无源阻尼法进行了对比研究,得出电容支路电流反馈有源阻尼控制策略反馈参数的设计方法。对带有LCL滤波器的并网逆变器进行了仿真研究,仿真结果表明这种有源阻尼策略能有效抑制LCL滤波器的谐振峰,降低输出电流在谐振频率处谐波,增加系统的稳定性。     

有源电力滤波器中LCL滤波器的设计

与传统L滤波器相比,LCL滤波器具有更高的高频阻抗,可更好地滤除开关纹波电流。但LCL滤波器是一个三阶系统,参数设计更复杂,不仅要考虑其开关纹波电流抑制能力和谐振频率处谐波电流引起的谐振问题,还要考虑LCL滤波器对有源电力滤波器(APF)跟踪性能的影响。通过绘制LCL滤波器波特图,进一步简化LCL滤波器的传递函数,得出一种简便的LCL滤波器设计方法。最后通过仿真和实验验证了所提LCL滤波器设计方法的正确性和有效性。     

并联有源滤波器输出LCL滤波器研究

基于电流最大允许脉动、逆变器开关频率和阻尼特性要求,提出了应用在三相并联有源电力滤波器中的LCL滤波器的一种新颖的设计方法。LCL滤波器是一种滤除逆变器开关谐波的有效手段,具有比LC滤波器更优异的性能,能够克服由于电网阻抗的不确定性而影响滤波效果的缺点。在详细介绍设计过程的基础上,给出了一个设计实例。为了避免LCL滤波器发生电流谐振,通常需要加入阻尼电阻,则导致损耗增加,降低系统效率。提出一种新的控制策略,引入电容电流反馈的方法,有效地替代了LCL滤波器中电阻的阻尼作用。通过调节反馈系数,不需要改变系统谐振频率,同时增强了阻尼作用,有效地抑制了低次谐波的振荡。仿真和实验结果证明了设计的LCL滤波器和采用的控制策略的优异性能。     

基于误差信号反馈的单相LCL型逆变器谐振抑制方法

LCL滤波器可对逆变器输出电流所包含的高频谐波产生显著的衰减效果,但其本身的三阶谐振特性容易影响系统的稳定性。针对该问题,在传统单相LCL型并网逆变器并网电流反馈控制方法和电网电压比例前馈控制策略的基础上,提出了一种基于误差信号反馈的新型控制策略,首先根据L滤波器和LCL滤波器在低中频范围内频率特性基本一致的特点,估计出LCL滤波器谐振峰被抑制后的输出电流,而后将实际电流与估计值之差反馈到控制回路中以抑制谐振。从理论上分析了该方法对系统稳定性的影响,并给出相应参数的设计方法,最后通过仿真和实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

LCL-LC型新能源并网有源阻尼及控制优化

为了有效抑制PWM的谐波,降低滤波器的成本和体积,由LCL和LC滤波器结合而成的LCL-LC滤波器应运而生。与LCL滤波器相比,LCL-LC滤波器的特点为总感值较低,开关频率处的谐波抑制能力较好。但其谐振问题严重影响了系统稳定性。在考虑控制延时的情况下,此处针对LCL-LC型分布式光伏并网逆变器提出了一种系统的参数设计方法,并引入一种基于电容电压反馈的有源阻尼策略。根据该方法,通过设定系统的稳定指标和动态响应指标,控制器参数和有源阻尼反馈系数可以很容易地被确定,且优化系统性能更加方便。最后,此处给出了实验结果来验证提出的设计方法和控制策略的正确性和有效性。     

风电系统网侧LLCL型滤波器特性分析及仿真研究

风力发电系统通常采用L型和LCL型滤波器,这2种滤波器对变流器开关频率附近的高次谐波抑制能力相对有限。为此提出了LLCL型滤波器,即在LCL型滤波器电容支路中串联小电感达到开关频率处串联谐振,从而实现最大程度减小开关频率附近谐波对电网的影响。分析了L型、LCL型、LLCL型滤波器的结构及滤波特性,讨论了LLCL型滤波器参数的设计约束条件。仿真结果验证了LLCL型滤波器对开关频率附近的高次谐波抑制效果更显著,相对于LCL滤波器,在滤波器总电感相同的情况下,经过LLCL滤波器滤波后的电流纹波含量更少,开关频率附近的谐波含量更少,谐波畸变率更小。     

配电网STATCOM输出LCL滤波器特性分析及参数设计

配电网STATCOM(D-STATCOM)输出滤波器参数的选择影响到开关谐波的滤除和系统的工作性能。本文主要从电感基波压降、STATCOM无功调节能力、开关谐波电流衰减度、滤波器谐振频率等方面分析了LCL滤波器的特性,提出基于这些条件的滤波器参数设计方法。另外,本文在滤波器阻尼电阻上并联一个小电感,大大减小了滤波器的功率损耗。通过仿真验证,表明所设计LCL滤波器参数具有很好的滤波效果,同时滤波器具有较大的通带宽度,使得D-STATCOM具有一定的谐波补偿能力。     

考虑电网等效电感影响的LCL型逆变器谐振抑制方法

LCL滤波器在大容量、低开关频率的并网逆变器系统中已广泛应用,但LCL容易发生谐振,特别是在多逆变器并联的新能源电力系统中。本文推导了LCL谐振的公式,根据并网电流谐振时滤波器网侧电感与电网等效电感为串联的特性,结合LCL的结构,提出采用网侧电感电压一阶微分和入网电流的双闭环控制策略,在不增加传感器数量条件下,网侧电感电压一阶微分反馈内环增加了系统阻尼,有效抑制了LCL的谐振;电流外环实现了对入网电流的直接控制,可保证较高的功率因数,提高逆变器的利用效率。与电容电流反馈控制的仿真对比结果表明,该控制策略在逆变器并网的环境中有更好的抑制电流谐振的效果,实现对并网电流质量的改善。     

VSC-HVDC换流站交流滤波器特性分析与参数设计

电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)换流站一般在换流变压器与换流电抗之间的交流母线安装高通滤波器以滤除VSC高频开关引起的电流谐波。系统阻抗、换流电抗以及滤波器参数的选择直接影响滤波器的性能,不合适的参数容易引起系统不稳定,甚至引起谐振从而放大输入电网的电流谐波。为此,针对该问题,推导了变流器输出电压谐波与调制比有关的数学解析式,分析了换流电抗选取方法并确定了调制比运行范围,建立了滤波器的频域模型。在此基础上,明确了系统阻抗、换流电抗以及滤波器各参数对滤波性能的影响。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMPDC建立了VSC-HVDC模型,同时搭建了按仿真模型等比例缩小的实验系统,仿真与实验的结果验证了该分析与设计方法的正确性。     

LLCL滤波的单相光伏并网逆变器控制技术研究

采用新型LLCL滤波器对单相光伏并网逆变器进行滤波,LLCL滤波器通过在传统LCL滤波器的电容支路中串联一个小电感达到在开关频率处产生串联谐振,相比LCL滤波器能够更大程度地对串联谐振频率处的电流谐波进行衰减,可进一步减小总电感值。分析表明LCL滤波器双电流环控制同样适用于LLCL滤波器,并网电流外环采用带谐波补偿的准比例谐振(PR)控制器能够有效跟踪并网电流指令的同时可对特定次谐波进行补偿,但谐振控制器在谐振频率处存在180°相角跳变,随着谐波补偿的次数增加易导致系统不稳定。在准PR控制器之后增加一个超前校正环节,对谐振频率处进行相位补偿的同时能够提高系统的相位裕量,增强系统稳定性。此外,引入电网电压前馈控制增强系统对电网电压的抗干扰能力。仿真结果表明系统具有较好的稳态性能和抗干扰性能。     

并联型有源电力滤波器输出LCL滤波器的有源阻尼控制

LCL滤波器可有效滤除并联型有源电力滤波器APF输出的高次谐波含量,但也引入了谐振,对系统稳定性造成很大影响.传统的解决办法即增加无源阻尼电阻来抑制谐振峰,但难免增加损耗.采用了1种新型的引入电容电流反馈的有源阻尼法,通过设计反馈系数,有效抑制了低次谐波的振荡.最后基于采用重复学习控制策略的并联型有源电力滤波器,通过PSCAD进行仿真验证,证明了本设计方法的有效性以及采用有源阻尼的LCL滤波器的优越性.     

采用LCL滤波器并网的交流电子负载

针对在交流电子负载采用传统L滤波器并网时开关频率附近的高次谐波衰减的不足提出了采用LCL滤波器并网,为减少LCL滤波器对系统稳定性的影响,对LCL滤波器自身存在谐振问题进行分析,深入研究了采用LCL滤波器的并网变换器电流控制策略,在检测网侧电流的电流环中引入滤波电容电流反馈的控制算法代替阻尼电阻的作用,可以改变系统极点分布,有效地抑制谐振,增加系统的稳定性,并研究了系统稳定时控制参数需满足的条件。仿真及实验结果表明,采用LCL滤波器并网时可以有效减少交流电子负载并网输出电流的高次谐波含量,而引入滤波电容电流反馈控制策略是一种简单、可行抑制LCL谐振的方法。     

基于离散状态空间模型的LCL滤波并网变换器控制策略

采用LCL滤波的并网变换器对高次谐波具有良好的衰减效果,但是LCL滤波器为无阻尼三阶系统,易发生谐振。通过加入阻尼电阻和有源阻尼可以抑制振荡,但阻尼电阻会增加系统的损耗,而有源阻尼需要增加传感器。基于状态空间法建立LCL滤波器的离散状态空间模型,针对LCL滤波器的特性,采用状态反馈配置系统极点来增加系统的阻尼,从而抑制LCL滤波系统的谐振,实现系统的稳定控制。通过引入“虚拟电阻”的方法对并网电流的闭环极点进行配置,根据此极点求得系统的状态反馈矩阵,在Z平面分析系统的稳定性和动态响应特性。最后,通过搭建的基于LCL滤波器的并网变换器进行验证,实验结果证明所提控制方法的可行性。     

LCL型有源电力滤波器的强鲁棒性控制器优化设计

LCL型有源电力滤波器能有效补偿电网谐波,但LCL型滤波器存在谐振问题,电容电流比例反馈有源阻尼是抑制LCL谐振的主要方式。然而,在数字控制下,谐振频率会随电网阻抗变化,导致反馈系数选取困难。针对该问题,研究了适应电网阻抗宽范围变化的反馈系数选取方法,推导不同反馈系数和谐振频率下的系统稳定条件,优化设计适应电网阻抗变化的反馈系数。此外,随着电网阻抗增加,LCL谐振频率减小,系统带宽变窄,有源电力滤波器采用传统准PR控制补偿高次谐波时,系统相频曲线在控制器谐振点容易穿越-180o线,导致系统不稳定。提出加入相位补偿环节以提升控制器增益处相角,并给出详细设计方法。理论分析表明,所提强鲁棒性控制器优化设计方法,可使有源电力滤波器在保证良好谐波补偿能力的同时具有更宽的稳定运行范围。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于谐振阻尼的三相LCL型并网逆变器谐波抑制优化策略

LCL型并网逆变器对高频谐波的衰减效果显著,但是内部滤波器自身容易出现谐振,而且对电网背景谐波电压引起的电网电流谐波抑制能力有限。针对逆变器中LCL型滤波器自身存在的谐振现象,在逆变器侧电流单环控制的基础上,分析其谐振机理,采用基于电感电流一阶微分前馈的谐振阻尼抑制谐振;同时建立谐波电网下的LCL型并网逆变器微分方程模型。在抑制谐振的基础上,主要分析网侧谐波电流环直接抑制方式,实现对电网电流谐振与谐波复合抑制,同时采用滤波电容临界值作为选择网侧谐波电流闭环的条件。分析闭环参数对系统性能的影响,给出控制参数的设计。实验结果验证了所采用控制策略的正确性和有效性。     

分布式发电系统中并网逆变器的新型有源阻尼策略

分布式发电系统中LCL型并网逆变器可以有效抑制高频谐波,但存在谐振峰,会导致系统不稳定。因此采用电压或电流反馈的有源阻尼方法引起广泛关注,但这些方法需要多个传感器,增加了成本和控制复杂度。为此,采用二阶陷波器抑制LCL滤波器的谐振峰,保证系统稳定。根据LCL滤波器的谐振频率,设计了二阶陷波器参数,提高系统稳定性。通过选择合适的陷波器品质因数,增强系统应对电网电感变化的鲁棒性。采用比例—积分控制器增加基频增益,减小了系统稳态误差和提高了动态响应速度。仿真和实验验证了所提方法的正确性。     

三相并网逆变器LCL滤波器的参数设计与研究

在满足相同的高频滤波效果的情况下,LCL滤波器所需的总电感值比L滤波器小,因此更适于在大功率、开关频率较低的电流源控制型并网设备上应用。然而针对该类型滤波器的参数设计不仅关系到开关频率处纹波抑制效果,同时也会影响并网电流控制器的性能。本文首先建立LCL滤波器在并网模式下的谐波模型,其次研究滤波器各参数变化与纹波抑制和谐振频率之间的变化关系,在此基础上提出在尽量节约总的电感磁心材料的前提下,设计出滤波效果最优的LCL滤波器的参数值,同时还需要保证LCL滤波器的谐振频率不能太小,以免成为制约电流控制器设计时的因素。最后通过三相并网逆变器的实验装置给出LCL滤波器设计方案的实验效果。     

基于有源阻尼的并联有源滤波器输出LCL滤波器设计

提出一种基于并联型有源电力滤波器的输出LCL滤波器的设计方法.该方法在满足电流跟踪快速性、电流纹波最大允许值等基本条件下,选取了总电感值;并由基波无功损耗约束了电容量上限.在此基础上,考虑到开关次谐波电流衰减率以及谐振频率的制约,综合选取了构成总电感的L1和L2的值及电容量.为避免LCL滤波器发生谐振,采用了电容电流反馈的有源阻尼法,通过设计反馈系数,有效抑制了低次谐波的振荡.最后基于采用重复学习控制策略的并联型有源电力滤波器,通过PSCAD进行仿真验证.仿真结果表明了LCL滤波器的优越性以及所提设计方法的有效性.     

分布式电源并网逆变器新型滤波器的设计及实现

为了更好地解决分布式电源并网引起的高频谐波污染问题,本文在详细分析SPWM调制型逆变器开关过程产生的谐波电压的基础上,设计了一种适于滤除此类谐波电压的新型滤波器——双谐振滤波器。与常用的LCL滤波器相比,双谐振滤波器有良好的高频谐波衰减特性,对电感的需求少,大大降低了滤波器的成本和体积。最后给出了双谐振滤波器的实现方法及参数设计原则。PSCAD仿真结果验证了双谐振滤波器的可行性和有效性。