一种LCL滤波电路

摘要

本发明涉及一种LCL滤波电路，包括两个串联的电感器L1和L2，以及还包括并联在L1和L2之间的第一谐振模块和第二谐振模块，所述第一谐振模块和所述第二谐振模块为串联连接，所述第一谐振模块用于抑制设定次数电网背景谐波，所述第二谐振模块用于滤除开关频率f±a范围内的谐波。与现有技术相比，本发明有效解决了现有LCL结构的滤波电容在工业应用中经常发生击穿，烧坏的情况；更好的滤除补偿装置的开关频率处的谐波；相对于改进控制方法的方案拥有更好的稳定性大大降低了控制的复杂度，易于工业实现。

权利要求

1.一种LCL滤波电路，包括两个串联的电感器L1和L2，其特征在于，还包括并联在L1和L2之间的第一谐振模块(21)和第二谐振模块(22)，所述第一谐振模块(21)和所述第二谐振模块(22)为串联连接，所述第一谐振模块(21)用于抑制设定次数电网背景谐波，所述第二谐振模块(22)用于滤除开关频率f±a范围内的谐波；

所述第一谐振模块(21)内部由电容器C4和电感器L4并联而成，所述第二谐振模块(22)内部由电容器Cf和电感器L3串联而成；

所述第一谐振模块(21)和所述第二谐振模块(22)之间还串联有一个阻尼电阻R；

当所述LCL滤波电路应用在静态无功补偿器并网中时，所述电容器Cf的取值为：其中Pn为补偿装置额定容量，En为补偿装置额定电压，f0为电网频率，N为电容无功容量所占额定补偿容量比例。

2.根据权利要求1所述的一种LCL滤波电路，其特征在于，当所述第一谐振模块(21)用于抑制5次电网背景谐波时，所述电容器C4取值为：C4＝2～2.5Cf；

所述电感器L4取值为：使得所述电感器L4和所述电容器C4形成并联谐振，两者关系如下：其中f1为设置的并联谐振频率。

3.根据权利要求1所述的一种LCL滤波电路，其特征在于，所述电感器L3的取值为：使得所述电感器L3和所述电容器Cf以及第一谐振模块(21)一起形成串联谐振，关系如下：其中f为开关频率，f1为第一谐振模块设置的并联谐振频率，L4为第一谐振模块中的电感；

由于开关频率f远大于第一谐振模块设置频率f1，则(f/f1)2-1≈(f/f1)2，则原式简化为：所述阻尼电阻R的取值为：

其中fres为最低的谐振频率。

说明书

一种LCL滤波电路

技术领域

[0001] 本发明涉及一种滤波电路，尤其是涉及一种LCL滤波电路。

背景技术

[0002] 近年来，随着电力系统的迅猛发展，无功补偿装置、并网逆变器、以及滤波器的使用越来越广泛。逆变器并网电流含有谐波成分，所以需要经由滤波装置并网，而LCL滤波结构相对于传统的单电抗L滤波结构有着体积小、高频段衰减效果好、动态响应好等优点，得到了广泛的应用。随着LCL滤波装置的大量投入工业应用，LCL结构脆弱的电容问题就立刻凸显了出来，很多经LCL并入电网的装置，其滤波电容由于电网背景谐波的原因，经常发生击穿，烧坏的情况。使得设备投运过程中，经常需要更换滤波电容，对工业安全生产造成了威胁，同时也造成了大量不必要的经济损失。

[0003] 目前针对LCL结构的研究还只局限于LCL的另一个不足——三阶系统自带谐振点的情况，三阶系统的谐振点，也会导致谐振频率处谐波电流大量流经电容使得电容损坏。现在常采用的方法有两大类：无源阻尼和有源阻尼，无源阻尼又包括滤波支路串联电阻、并联电阻、分裂电容等拓扑结构；有源阻尼则包括检测滤波电容电压、电流作为反馈量进行控制。然而，谐振点只是导致电容损坏的一个因素，电网低频段的背景谐波也是导致电容过流损坏的一个主因，目前国内外这方面研究的内容还比较少。

[0004] 下面对现有LCL滤波电路拓扑结构进行分析，经LCL滤波并网STATCOM(静态无功补偿器)电路如图1所示。其中ug为系统侧电压，I1为STATCOM未经滤波的电流，I2为经过滤波装置以后补偿的无功的电流，Icf为流经滤波电容支路的电流，Udc直流侧电压，Ut为STATCOM交流侧电压，Cdc为直流侧电容，L1、L2为滤波电感参数，Cf为滤波电容。

[0005] 上述实例中，(1)滤波支路没有串联阻尼电阻可能会导致补偿电流纹波过大；

[0006] (2)滤波支路不存在串联谐振环节，不能更好的对开关频率处的谐波有所衰减；

[0007] (3)滤波电容直接暴露在所有谐波下，容易使得电网背景谐波对滤波电容造成很大影响。

发明内容

[0008] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种LCL滤波电路，以解决现有方案对滤波电容保护不够，控制可靠性不是很高的情况，通过改进电路结构来实现特定谐波的抑制，抑制电网背景谐波以及负载谐波对滤波支路滤波电容的影响。

[0009] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0010] 一种LCL滤波电路，包括两个串联的电感器L1和L2，其特征在于，还包括并联在L1和L2之间的第一谐振模块和第二谐振模块，所述第一谐振模块和所述第二谐振模块为串联连接，所述第一谐振模块用于抑制设定次数电网背景谐波，所述第二谐振模块用于滤除开关频率f±a范围内的谐波。

[0011] 所述第一谐振模块内部由电容器C4和电感器L4并联而成，所述第二谐振模块内部由电容器Cf和电感器L3串联而成。

[0012] 所述第一谐振模块和所述第二谐振模块之间还串联有一个阻尼电阻R。

[0013] 当所述LCL滤波电路应用在静态无功补偿器并网中时，所述电容器Cf的取值为：

[0014]

[0015] 其中Pn为补偿装置额定容量，En为补偿装置额定电压，f0为电网频率，N为电容无功容量所占额定补偿容量比例，一般不大于5％。

[0016] 当所述第一谐振模块21用于抑制5次电网背景谐波时，所述电容器C4取值为：C4＝2～2.5Cf；

[0017] 所述电感器L4取值为：使得所述电感器L4和所述电容器C4形成并联谐振，两者关系如下；

[0018]

[0019] 其中f1为设置的并联谐振频率。

[0020] 所述电感器L3的取值为：使得所述电感器L3和所述电容器Cf以及第一谐振模块一起形成串联谐振，关系如下：

[0021]

[0022] 其中f为调谐于开关频，f1为第一谐振模块设置的并联谐振频率，L4为第一谐振模块中的电感；

[0023] 由于开关频率f远大于第一谐振模块设置频率f1，则(f/f2)2-1≈(f/f2)2，则原式简化为：

[0024]

[0025] 所述阻尼电阻R的取值为：

[0026]

[0027] 其中fres为最低的谐振频率。

[0028] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0029] 1)本发明有效解决了现有LCL结构的滤波电容在工业应用中经常发生击穿，烧坏的情况。

[0030] 2)本发明更好的滤除补偿装置(如静态无功补偿器、APF等)的开关频率处的谐波。

[0031] 3)本发明相对于改进控制方法的方案拥有更好的稳定性。

[0032] 4)大大降低了控制的复杂度，易于工业实现。

附图说明

[0033] 图1是现有LCL滤波电路拓扑结构应用于STATCOM(静态无功补偿器)图；

[0034] 图2是本发明LCL滤波电路拓扑结构应用于STATCOM(静态无功补偿器)图；

[0035] 图3是传统LCL滤波电路注入5％的5次、7次背景谐波以后滤波支路的电流情况示意图；

[0036] 图4为本发明提出LCL滤波电路注入5％的5次、7次背景谐波以后滤波支路的电流情况示意图。

具体实施方式

[0037] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0038] 实施例

[0039] 下面介绍的本发明的LCL调谐的拓扑结构。

[0040] 如图2所示，相对于传统LCL滤波电路的拓扑结构，增加了两个谐振模块，第一谐振模块21、第二谐振模块22和阻尼电阻R。具体的参数设计步骤如下：

[0041] S1：确定传统LCL各元件参数，包括补偿装置测电感L1，网侧电感L2滤波电容Cf参数大小，按照式(1)整定滤波电容参数

[0042]

[0043] 式(1)中Pn为补偿装置额定功率，En为补偿装置额定电压，f0为电网频率，为了更好的配合第一谐振模块21，取较大的电容值。电感按照一般工程取值即可，使得LCL自身的谐振点满足要求。

[0044] S2：确定第一谐振模块21的电容电感值，本发明以调谐于5次谐波为例(电网和负载中主要含有5次、7次谐波)。使得电容C4＝2～2.5Cf电感L4取为和电容C4配合形成并联谐振，调谐于5次谐波，按照式(2)整定电感L4的值。

[0045]

[0046] S21：确定第二谐振模块22的电感L3的值，使得L3和Cf以及第一谐振模块21一起形成串联谐振，调谐于开关频率，按照式(3)整定电感L3的值。

[0047]

[0048] S22：为了使得新得到的系统稳定，同时抑制LCL的谐振，在滤波支路上加上一个阻尼电阻，按照式(4)整定，在抑制谐振的同时，降低了损耗。

[0049]

[0050] fres为最低的谐振频率。

[0051] 由图3和图4分别为传统LCL结构滤波支路的电流和采用本发明以后滤波支路的电流情况。图3和图4相比较，可以很明显的看出，5次谐波基本被全部抑制流入滤波支路，7次谐波也得到了很明显的衰减。

[0052] 本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化应用于不同的场合如：APF、PWM整流器，并网逆变器等。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。