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。     

新能源并网逆变器用复合型输出LLCL型滤波器的改进

通过对单相并网逆变器输出侧电流谐波的分析表明,在逆变器输出侧的电流谐波主要集中在开关频率和开关频率的整数倍处,其中开关频率处的谐波含量最大。为了更大程度地对开关频率处的谐波进行抑制而选择LLCL滤波器。由于系统谐振尖峰的存在,考虑成本低和简单的特点,所以选择无源阻尼法来抑制系统谐振尖峰。为了减小阻尼损耗而选择了电感和电阻并联方式。根据LCL滤波器能够在大于2倍开关频率区间表现的良好滤波能力以及LLCL滤波器在开关频率处能够更大程度地抑制电流谐波的特征,将二者结合产生了复合型LLCL滤波器。最后用仿真和试验证明:复合型LLCL滤波器在滤波效果以及阻尼损耗方面表现出的相对优越性。     

并网接口滤波器拓扑结构推演与分析

作为并网逆变器的重要组成部分,接口滤波器滤波特性的好坏直接决定着逆变器的并网性能和成本体积。从滤波器拓扑结构入手,在深入分析现有L型、LCL型和LLCL型滤波器特性的基础上提出了一种并网接口滤波器统一电路模型。根据该模型对五阶以下滤波器可能的拓扑结构进行推演、归纳与比较,提出了LLCCL1型和LLCCL2型两种新型滤波器拓扑结构。在逆变器侧高频谐波衰减特性、电网侧高频谐波抑制特性、参数设计及谐振尖峰无源阻尼等方面对新型滤波器和现有滤波器进行了详细地对比研究。理论分析和仿真结果均验证了所提出拓扑结构推演方法和新型滤波器结构的正确性和合理性。     

基于电容电压反馈的直驱风力发电变流器控制

在兆瓦级直驱型风力发电系统中,并网变流器控制是实现电能回馈电网的重要环节.针对采用LCL型滤波器结构的风力发电并网变流器在谐振频率附近的不稳定性、选择基于电容电压超前校正结合电网电压电流双前馈补偿间接控制变流器并网输出电流的控制策略.实验结果证明,采用该控制策略可以有效实现并网变流器稳定运行.抑制网侧输出电流谐波,同时具有较好的动静态性能.     

20 kW三电平并网变流器主电路参数的设计

提出了采用三电平并网技术研制可再生能源发电高压并网变流器,介绍了三电平并网变流器主电路的拓扑结构,并对其主电路参数的选择进行了研究,给出了主电路功率器件IGBT、箝位二极管和直流侧电容的设计方法。采用LCL滤波器抑制注入电网谐波,并对其工作原理和滤波特性进行了分析,建立了LCL滤波器设计的数学模型。在此基础上,设计出了20 kW三电平并网变流器的实验样机,实验结果表明所提出的设计方法正确实用。     

优化设计

<正>(1)LCL滤波器参数优化设计交流侧滤波器的设计不仅影响系统的动、静态特性,还制约着变流器的输出功率、功率因数和直流侧电压。LCL滤波器设计时,可将变流器视为一个含开关频率次谐波的高频谐波源,该谐波成分经LCL滤波后得到衰减,由于注入电网的谐波频率远高于电网频率,其对电网相当于短路,因此在设计滤波器时可忽略电网的     

20 kW三电平并网变流器主电路参数的设计

提出了采用三电平并网技术研制可再生能源发电高压并网变流器,介绍了三电平并网变流器主电路的拓扑结构,并对其主电路参数的选择进行了研究,给出了主电路功率器件IGBT、箝位二极管和直流侧电容的设计方法.采用LCL滤波器抑制注入电网谐波,并对其工作原理和滤波特性进行了分析,建立了LCL滤波器设计的数学模型.在此基础上,设计出了20 kW三电平并网变流器的实验样机,实验结果表明所提出的设计方法正确实用.     

提高飞轮储能系统并网侧电能质量的设计研究

系统设计采用高速永磁同步电机(PMSM)作为飞轮电机,整体拓扑采用背靠背双PWM变流器结构,电网侧变流器采用LCL滤波器,以减小网侧电流开关频率整数倍附近的高次谐波。其次,网侧整流器采用双闭环控制,以实现并网侧高功率因数,而PMSM侧逆变器采用弱磁控制。另外,设计分析并仿真验证了复矢量PI电流调节器,提高了系统鲁棒性。最后,搭建了飞轮储能系统(FESS)实验样机平台,通过实验验证了该系统设计与控制方案的有效性。     

基于LCL滤波的双馈风电变流器有源阻尼法

在双馈风电变流器中,LCL滤波器通常串联在网侧变流器与电网之间来抑制开关频率周围的电流纹波。提出基于LCL滤波的双馈风电变流器新型有源阻尼方法,即根据测量的电网电压和LCL滤波器网侧电流,计算得到LCL滤波器的电容电压,并将该电容电压经过有源阻尼模块加到网侧变流器电流环的输出电压指令上。对系统稳定进行分析,给出合适的网侧变流器电流环比例增益;并分析有源阻尼系数对系统稳定的影响。仿真结果验证了该有源阻尼方法的有效性。     

含LCL滤波的全桥变流器参数设计与改进控制策略

分布式电源通过电力电子装置并网引发的谐波问题日益凸显,采用滤波环节去除电网侧高次谐波成为重要解决方案。其中,LCL滤波是一种有效的滤波结构,但其高阶特征使系统控制策略更加复杂。为提高LCL滤波器接入后并网变流器的谐波抑制能力和运行稳定性,推导了LCL滤波全桥变流器运行控制数学模型,提出了LCL滤波结构设计和参数计算方法,设计了基于准比例谐振控制和比例积分控制的电压-电流双闭环控制策略,提出了基于带通滤波器和信号限幅环节的控制策略改进方案。算例测试表明,本文方法能够基于LCL滤波器实现精准的谐波抑制,同时避免高阶滤波器谐振问题,改善了LCL滤波并网变流器在复杂运行环境下的谐波抑制能力和控制稳定性。     

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。     

海上大容量中压风电变流器的网侧滤波器设计

和陆基风电变流器不同,海上风电变流5器属于大容量中压系统,其网侧LCL滤波器的设计难度主要体现在几个方面,即中压变流器开关频率是受限的,而滤波器物理尺寸和重量有严格限制,同时电流谐波也有严格标准,因而传统的小功率、高开关频率低压变流器的滤波器设计将不再适用。针对这个问题,本文以三电平中点钳位型风电变流器为例,采用了基于频域模型分析的方法对其网侧LCL滤波器进行了设计,首先提出了一种虚拟电压谐波频谱的概念来对滤波器设计提供相关的约束,然后利用储能对应体积重量的概念简化了设计过程,同时还使用了被动阻尼技术,为滤波器提供了必要阻尼的同时还保持了低损耗和对高频衰减较小的影响。最后,对滤波器性能进行了仿真试验,试验结果表明,在额定感性和容性输出时,输出谐波均符合标准要求,变流器侧最大电流纹波小于20%,最大附加损耗小于标么的0.5%,滤波器设计较为合理,滤波效果较好,附加损耗较低。     

基于LLCL滤波器的SAPF电流控制方法研究

为了抑制并联有源电力滤波器(SAPF)并网产生的高频开关纹波,提出一种基于LLCL并网滤波器的SAPF。LLCL是一种在传统LCL滤波器的电容支路串联一个小电感的滤波器,该LLCL滤波器能在系统开关频率处产生串联谐振,达到吸收开关频率处高次谐波的效果,进一步减小网侧电感值。由于LLCL是一种高阶滤波器,采用并联RC无源阻尼方法抑制谐振峰,该方法简单、易于实现。同时为提高SAPF补偿的灵活性,提出基于比例谐振(PR)控制器的选择性补偿电流控制策略并分析了系统开环稳定性。实验结果验证了该方法的正确性。     

LCL滤波型风电并网变流器的研究

介绍了LCL滤波型风电并网变流器的主电路拓扑结构和数学模型,提出了采用电网电流反馈闭环控制,实现电网侧电流闭环的有功、无功功率解耦的控制策略;采用MATLAB(R2010a)建立了系统仿真模型.仿真结果及试验结果表明,采用该控制策略,对LCL滤波型风电并网变流器进行控制的有效性.     

用于光伏发电系统的LLCL型滤波器混合阻尼控制策略

为使光伏系统并网电流谐波满足电力系统的要求,提出采用基于LLCL型滤波器的并网逆变器,并对其进行有源及无源相结合的混合阻尼控制。通过对混合阻尼参数的取值进行合理设计,使无源阻尼与有源阻尼的控制优势得以更好的结合与发挥。在Matlab/Simulink环境下对控制方案进行仿真,结果表明,混合阻尼控制方案下的LLCL型滤波器不但具有衰减开关频率次谐波和节省电网侧电感的优点,还具有较好的滤波能力,可以满足并网电流的谐波含量限制要求。     

一种LCCL滤波器及其在半桥电力有源滤波器中的应用

提出一种新型高阶电力滤波器,将其命名为LCCL滤波器。与传统的LCL滤波器相比,LCCL滤波器通过在网侧电感支路并联一个小电容,使网侧电感与并联电容在开关频率处发生并联谐振。谐振使LCCL滤波器网侧支路在开关频率处呈现无穷大的阻抗,相比LCL滤波器可以更好地抑制开关频率附近电网电流纹波,减小电网电流THD。与LLCL滤波器相比,LCCL滤波器具有较好的抑制参数变化的能力,在考虑电网内阻抗时,拥有更好的高频纹波抑制性能。同时,可以更容易地进行基于电容电流反馈有源阻尼的控制器设计。LCCL滤波器作为电压源型逆变器(VSI)与电网的接口,可应用于PWM整流器、有源电力滤波器(APF)和通用电能质量控制器(UPQC)等多种场合。通过以半桥APF为例,讨论了LCCL滤波器的参数选择方法和控制器设计。最后,通过仿真和实验验证了LCCL滤波器的可行性。     

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。     

大容量永磁同步风电机组系统谐振与抑制策略

风电机组变流器是变速恒频风电机组的核心部件,变流器电网侧滤波器在保证良好并网特性的同时也给系统带来了谐振稳定性问题.基于风电机组变流器网侧滤波器动态特性进行分析,揭示了风电机组谐振机理,提出了虚拟变阻尼谐振抑制策略.在MATLAB/Simulink中建立了2.0 MW直驱型永磁同步风电机组仿真模型,实现了风电机组谐振与抑制的全过程仿真.利用电网谐波发生模拟装置,首次在2.0 MW永磁直驱风电机组上进行了机组谐振与抑制现场试验.仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐振抑制策略的有效性,对实际运行时风电机组的谐振问题和风电机组变流器设计具有指导意义.     

基于LLCL滤波器的SAPF输出特性分析及控制

LLCL型滤波器通过电感和电容发生串联谐振滤除开关纹波,在使用更小电感量的情况下,可以获得比LCL型滤波器更好的滤波效果。这里总结了并联型有源电力滤波器(SAPF)中LLCL型滤波器的参数设计方法,对无源阻尼谐振的特点进行了分析,提出在保证系统稳定的前提下,尽量减小阻尼电阻值以保持高开关纹波衰减能力。在此基础上,进一步在电流控制方面提出采用广义积分控制(GIC)实现了补偿电网电流中50次以内奇次谐波的效果。最后通过实验证明了LLCL型滤波器以及广义积分控制器的作用和效果。