【LCL滤波器分析与阻尼设计案例分析2300字】

LCL滤波器分析与阻尼设计案例分析1.1LCL滤波器的数学建模单相LCL型并网逆变器的电路结构示意图如REF_Ref69751130\h图2-1所示，图中:Udc为直流电压;uin为逆变系统的输出电压;ug为公共电网电压;uc为滤波电容所分得的电压;iin为逆变器系统输出进入电感电流;ig为并网电流。电感L1、L2图2-SEQ图2-\*ARABIC1单相LCL并网逆变系统原理图在不考虑滤波系统自身寄生电阻的情况下，可由KCL、KVL定理可以推理得：&同时可以推理得到LCL滤波器结构的框图，如REF_Ref69751165\h图2-2所示。图2-SEQ图2-\*ARABIC2LCL滤波结构框图若不考虑电容电感之间的寄生电阻，可得传递函数：GLCL通过MATLAB仿真可得该传递函数的Bode图，如REF_Ref69751206\h图2-3：图2-SEQ图2-\*ARABIC3LCL滤波结构传递函数Bode图由图可知，LCL滤波器会因为谐振处相位的180°跳变以及谐振峰值REF_Ref69752461\r\h[12]，将会引起系统的震荡，影响电流质量。所以需要采用阻尼补偿方式来抑制谐振上升和相位的突变。1.2LCL滤波器的参数设定LCL滤波器目前并没有统一的参数设定的方法。文献REF_Ref69752470\r\h[13]针对逆变器开关过程产生的波纹进行分析，提出先设计电容，再设计加设电流纹波系数的电感系数；文献REF_Ref69752478\r\h[14]利用粒子群的优化算法设计LCL滤波器参数；文献REF_Ref69752486\r\h[15]利用RBF网络的自适应系统策略进行补偿参数设计。但是，从上述文献可以总结出一般大致的设计规律。1、在电力系统中，由于电容可能会影响系统的功率因数，所以一般来说电容带来的无功功率对于功率额定值的影响不能过大，一般在5%以下。REF_Ref69752524\r\h[16]即：C⩽5%式中PN表示逆变器系统的额定电压，ω0为系统的额定角频率，2、规定逆变器的电流纹波需要在并网电流的10%~20%的范围之间，同时总感抗需要低于正常工作时的额定电压的10%，即：Udc其中:L为滤波器的总电感值,Udc为逆变器直流电压，Igm为并网电流的最大值，Ipm为谐波电流的最大值，一般按Igm的3、关于电流谐波，规定电流谐波的衰减率须满足高于5%的要求。谐波电流从并网到逆变器端的传递函数为：i2其中：α=L2L1,ωCd=2π4、为了使LCL滤波器的谐振峰值fr10f其中：f0为电网的基波频率，fr与fr综上考虑，可确定该系统参数见表2-1仿真参数数值直流侧电压Udc400并网电压Ug220滤波电感L1(mH2滤波电容C(μF)7滤波电感L2(mH1滤波电容串联电阻R(Ω)2开关、采样频率fs10表2-1单相LCL逆变器参数1.3LCL阻尼补偿分析为了抑制谐振频率处的峰值与相位突变，一般采用有源阻尼补偿和无源阻尼补偿方式。REF_Ref69752539\r\h[17]1.3.1LCL滤波器的无源阻尼补偿法无源阻尼法是针对LCL滤波器的滤波器件L1、L2、C，通过串并联电阻来调整阻抗值，通过改变阻尼系数达到提高阻尼的效果，从而使系统达到稳定。REF_Ref69752547\r\h[18]由于电阻放置的位置有所不同，其表现得阻尼效果也有差别，主要有六种不同的方式,如REF_Ref69751404\h图2-4所示：在逆变侧电感L1串并联电阻、在电网侧电感L2串并联电阻、在电网侧电容C串并联电阻REF_Ref70262869\r\h[22]。(a)电感L1(b)电感L1(c)电感L2(d)电感L2(e)电容C串电阻(f)电感C并电阻图2-SEQ图2-\*ARABIC4六种无源阻尼补偿方法根据串并联电阻方式的不同可以得到六个各自对应的传递函数，[由此可反映滤波器输出电压uin与并网电流iGLCLGLCLGLCLGLCLGLCLGLCL各传递函数对应的Bode图如REF_Ref69751470\h图2-5所示：(a)电感L1(b)电感L1(c)电感L2(d)电感L2(e)电容C串电阻(f)电容C并电阻图2-SEQ图2-\*ARABIC5六种无源阻尼补偿的幅相特性综合式（2-3）~（1.8）以及图2-5分析可得：若对于LCL逆变器进行无源阻尼补偿，均可对谐振峰值效果进行抑制，有利于系统稳定。REF_Ref69752560\r\h[19]如(a)和(c)所示，若在电感处串联电阻时，低频处的增益效果降低，对系统的稳定性产生影响。如(b)和(d)所示，若在电感两旁并联电阻，虽然低频段基本保持不变，但是随着电阻幅值的增加，幅频特性曲线的斜率逐渐降低，对高频谐波的抑制效果减弱，降低电能质量。如(e)和(f)所示：对电容进行无源阻尼补偿时，通过并联电阻补偿的方式要比串联电阻的效果好得多，但是由于网侧电感数值较小，电容上的电压和电网电压数值相近，若在电容侧并联电容，则能量损失较大，影响系统的效率，而电容串联电阻时，由于电容的存在使电流保持较小数值，所以由电阻产生的能量损耗不会太大，故在实际应用中通常采用该方法补偿阻尼。1.3.2LCL滤波的有源阻尼补偿有源阻尼补偿与无源补偿有所区别，主要是通过设置算法完成LCL滤波器的修正，实现阻尼补偿的效果。文献REF_Ref69752570\r\h[20]将传递函数变换，改变原本的反馈点，设置虚拟阻抗的概念，以完成变量的反馈控制，但由于高频分量在实际的控制中难以抑制，难以保持稳定。文献REF_Ref69752578\r\h[21]使用陷波器进行阻尼补偿，实质上是在