[发明专利]并网型三电平电压源变流器的LCL滤波器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种并网型三电平电压源变流器的LCL滤波器及其设计方法。

背景技术

在如今智能电网和新能源产业正逐步兴起的背景下,新能源发电设备的并网问题已经变得越来越突出。在电压源变流器（VSC）并网的问题中理想情况下需将变流器看做一个理想电流源向电网中注入电流，而一个VSC在典型情况下是一个电压源,大部分应用选用一个电感L作为连接元件使VSC可控为电流源。但使用L滤波器有一些缺点,比如L滤波器是一阶滤波器,它对于谐波电流的衰减性能比较弱,而VSC入网电流的谐波水平受一些标准的限制,例如IEEE519-1992标准规定高于35次的谐波应该进行限制,而且对于要求安全性高的设备开关次谐波电流衰减也有明确的限制。为了达到比较好的滤波效果只能采取比较高的开关频率或者采用比较大的滤波电感，但是在大功率变流器并网应用中开关频率通常不能很高,而滤波电感值太大又会影响控制器的性能,此外大的滤波电感值会带来滤波器大的基波压降.由于L滤波器这些问题的存在，LCL滤波器的提出具有重要的意义。

作为三阶滤波器，LCL滤波器对谐波电流的衰减能力要显著强于L滤波器。由于LCL滤波器的滤波性能强,要对入网电流谐波进行同样程度的衰减LCL滤波器可以使用比L滤波器更少的总电感量,这样就可以提高逆变器控制器的动态性能,而且可以降低滤波器上的基波压降。

对LCL滤波器的研究可以分为包含滤波器在内VSC控制系统设计以及滤波器参数的设计两部分。近年来，有许多文章研究了包含LCL滤波器的VSC控制系统的设计。对于滤波器参数的设计也有很多人进行研究，但总体上并没有形成一种公认的设计准则。目前的设计大多采用丹麦学者提出的设计方法进行设计,但是这种方法并没有能够证明本身的优越性,而且在设计的过程中有很大的试凑因素。比较有说服力的设计方法主要有利用三维图进行分析的方法，但是这种方法在实际应用过程中过于复杂。

发明内容

本发明的目的在于提出一种并网型三电平电压源变流器的LCL滤波器及其设计方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

并网型三电平电压源变流器的LCL滤波器，电压源变流器为三电平结构，其LCL滤波器包括A、B、C三相，LCL滤波器的A、B、C三相的一端对应连接并网型电压源变流器的三相交流源的三相输出端，另一端对应连接电网或者负载的三相输入端；LCL滤波器的A、B、C三相结构相同，均包括第一电感、第二电感和电容；第一电感的一端连接并网型电压源变流器的三相交流源的三相输出端中的一个，另一端连接第二电感的一端，第二电感的另一端连接电网或者负载的三相输入端中一个；电容的一端连接第一电感和第二电感之间的连接节点，另一端接地或者连接对应第二电感与电网或者负载之间的连接节点；

A、B、C三相中，第一电感和第二电感的电感之和等于总电感的电感；第一电感、第二电感和总电感的电感分别为L1、L2、L_T；

L1+L2=L_T；本发明的进一步改进在于确定了并网型三电平电压源变流器输出LCL滤波器的总电感L_T的取值范围：