[發明專利]基于阻尼比的LCL濾波器參數設計方法、設備及介質

有效

• 申請號: 202010581938.2
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111769733B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 馬柯;唐為禹
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02M7/483;H02J3/38
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發明提供了一種基于阻尼比的LCL濾波器參數設計方法、設備及介質，首先根據傳統LCL濾波器設計方法，選取變流器側電感及濾波電容參數；然后利用阻尼比，對阻尼電阻和輸出側電感的取值進行優化設計；此外，還提供了針對總電感量和諧振頻率的迭代優化方案。本發明優選采用最優阻尼比0.28，該阻尼比能夠以最小的阻尼損耗保障帶LCL濾波器的變流器系統穩定運行。本發明設計迭代少，能夠保障LCL濾波器的高頻衰減設計準確，避免阻尼設計不合理所引入的穩定性風險，進而確保電流控制參數的選取簡單直接，適用于LCL濾波器的輸出側電壓高頻分量較低的場合。

技術領域

本發明涉及變流器的濾波器設計領域，尤其涉及一種基于阻尼比的LCL濾波器參數設計方法。

背景技術

相比于傳統的電感濾波器，LCL濾波器對高頻電流諧波具有更好的衰減性能。近年來，為了滿足越來越嚴苛的并網準則，越來越多的并網變流器開始采用LCL濾波器，以濾除并網電流中的開關次諧波。然而，LCL濾波器的幅頻特性曲線上存在一個固有的諧振峰，該諧振峰容易導致變流器系統失穩，為電流控制器的設計帶來了挑戰。為了保證控制的穩定性，帶LCL濾波器的變流器系統一般會采用有源阻尼或者無源阻尼的方法來抑制諧振峰。

有源阻尼的主要優點是不會引入阻尼損耗，也不會降低LCL濾波器的高頻衰減性能。但是，有源阻尼通常需要使用額外的傳感器，這意味著額外的經濟成本和更為復雜的控制環路。相對于有源阻尼，無源阻尼是一種更為簡單和常用的方法。一般而言，阻尼電阻可以串聯在LCL濾波器的電容上，從而抑制諧振。這種方法的代價是阻尼損耗增加，高頻衰減性能變差。為了克服這些缺點，一些新的無源阻尼方法使用了額外的電容或電感，從而分別旁路掉電容支路上的高頻電流和基頻電流，例如RC阻尼支路，RLC阻尼支路等等。但是，這些新的阻尼方案會引入高階傳遞函數和多變的特征頻率，增加了濾波器參數設計的復雜度。因此，在實際應用中，將一個簡單的阻尼電阻與濾波電容串聯，仍然是一種常用的無源阻尼方法。

如何對阻尼電阻的取值進行設計，是一個有難度的問題，因為阻尼電阻的取值與多個參數相關。在采用傳統設計方法時，為了簡化設計，阻尼電阻的取值一般是設為與諧振頻率下電容阻抗相近的數量級，并且1/3是一個常用的經驗值。然而，基于經驗值的阻尼設計是不夠精確的：若電阻取值過小，濾波器的諧振抑制不充分，就會對變流器的控制穩定性造成不良影響；若電阻取值過大，這將導致高頻電流衰減性能的過度退化以及電能轉換效率的降低。因此，傳統設計方法需要通過不斷迭代來調整阻尼取值。在文獻《Analysis ofthe Passive Damping Losses in LCL-Filter-Based Grid Converters》中，R.-Alzola等人提出了一種解析的無源阻尼設計方法，從而保證控制穩定性。這種方法僅適用于LCL濾波器的變流器側電流作為受控對象的情況，且僅當輸出側電感遠大于變流器側電感時阻尼設計才準確。然而，在實際應用中，LCL濾波器的輸出側電流作為受控對象是較為常見的情況，而且輸出側電感一般是小于變流器側電感的。因此，該方法的適用性較差。

此外，在采用傳統設計方法時，LCL濾波器的阻尼電阻通常是在電感、電容取值均確定后才進行的。考慮到阻尼電阻會部分阻斷流經電容支路的高頻電流，LCL濾波器的高頻衰減不可避免會與設計初始值有所差異。因此，傳統的設計方法需要通過額外的迭代來調整衰減表現。

綜上所述，現有的無源阻尼電阻設計方法主要存在兩點缺陷：

1)無源阻尼取值的設計不精確，可能因為阻尼取值不合理而導致變流器失穩或阻尼損耗過大；

2)無源阻尼和高頻電流衰減需要多次迭代調整，設計效率低，設計精度差。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于阻尼比的LCL濾波器參數設計方法、設備及介質。

根據本發明的第一方面，提供一種LCL濾波器參數設計方法，包括：