[发明专利]适用于海上风电并网的电压源逆变器高阶滤波器设计方法在审

专利信息
申请号: 201710821951.9 申请日: 2017-09-05
公开(公告)号: CN107465186A 公开(公告)日: 2017-12-12
发明(设计)人: 不公告发明人 申请(专利权)人: 河南理工大学
主分类号: H02J3/00 分类号: H02J3/00;H02J3/01;H02J3/38;H02M1/12
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 454003 河南省焦作市高*** 国省代码: 河南;41
权利要求书: 暂无信息 说明书: 暂无信息
摘要: 发明公开了一种适用于海上风电并网的电压源逆变器高阶滤波器设计方法,该滤波器取消了海岸上交流电网侧的电感,逆变器侧的电感分为三部分,用于产生谐振;滤波器中增加了一个附加谐振分支,每个分支上均有一组谐振电容和电感,可产生两倍于开关频率的频率;滤波器总的电容容量不变,因而额定负载下的容性无功功率可保持恒定;与传统的并网滤波器相比,本发明滤波器新增的谐振分支并未使控制变得复杂,减小了系统电磁部分,滤波效果较好,不仅具有较低的电压降落,且有效降低了并网的谐波电压和谐波电流。
搜索关键词: 适用于 海上 并网 电压 逆变器 滤波器 设计 方法
【主权项】:
一种适用于海上风电并网的电压源逆变器高阶滤波器设计方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:定义并网电压源逆变器高阶滤波器的输出电压vi(t)为vi(t)=mVdccos(ω0t)+Σk=1∞Σn=±1∞2VdcJn(kπm)kπsin(nπ2)cos(kωst+nω0t)]]>其中,m表示调制度;Vdc表示直流侧电压;ω0表示基频;t表示时间变量;ωs为以弧度形式表示的开关频率;Jn(x)表示贝塞尔函数,Jn(x)=∫cos(nπ‑x sin t)dt,x表示自变量;步骤2:当ω≠ω0时,逆变器输出阻抗为Z0(jω)=vi(jω)ii(jω)|vg(jω)=0=(L11L21Cf+(L11+L21)LfCf(jω)3)+(L11+L21)(jω)(L21+Lf)Cf(jω)2+1]]>其中,j表示虚数单位;ω表示角频率;ii表示并网电压源逆变器高阶滤波器的输出电流,vg表示海岸上交流侧的相电压;L11、L21分别为传统并网滤波器靠近直流侧、靠近海岸上交流侧的电感,L11=L12+L22+L32,L12、L22、L32分别为并网电压源逆变器高阶滤波器靠近直流侧、中间、靠近海岸上交流侧的电感,L12=K×L11,33%<K<60%,Lf、Cf分别表示传统并网滤波器谐振电路的并联电感和并联电容;步骤3:定义A(s)和M(s)为A(s)=Z1(s)Zf1(s)Z1(s)+Zf1(s),M(s)=Z2(s)Zf2(s)+1]]>其中,s表示复参数;Z1(s)=sL12,Z2(s)=sL22=sL32,Cf1、Cf2分别表示并网电压源逆变器高阶滤波器靠近直流侧、靠近海岸上交流侧的并联电容,Cf1+Cf2=Cf;Lf1、Lf2分别表示并网电压源逆变器高阶滤波器靠近直流侧、靠近海岸上交流侧的并联电感;步骤4:并网电压源逆变器高阶滤波器的传递函数为Gui→ii(s)=ii(s)vi(s)|vg(s)=0=A+Z2+Zf1(A+Z2+Z1)Zf1+(A+Z2)Z1]]>其中,ii(s)表示并网电压源逆变器高阶滤波器输出电流的传递函数形式;vi(s)表示并网电压源逆变器输出电压的传递函数形式;vg(s)表示海岸上交流侧的相电压传递函数形式;步骤5:并网电压源逆变器高阶滤波器的传递函数为Gui→ig(s)=ig(s)vi(s)|vg(s)=0=Zf1Z2(M+Zf1(M+Z2)+1)+MZ1Zf1]]>其中,ig(s)表示海岸上交流侧电流的传递函数形式;步骤6:纹波电流分析;并网电压源逆变器高阶滤波器电感电流的峰峰值Δipp由单极PWM开关产生,其表达式为Δipp=2Δimax=Vdc-vAV2LTs]]>其中,Δimax表示并网电压源逆变器高阶滤波器电感电流的峰值;L表示并网电压源逆变器高阶滤波器逆变侧的电感;vAV表示逆变器输出电压的均值;Ts表示当开关频率fs大于电网频率f0时的开关周期;当电网电流的基波分量为0时,并网电压源逆变器高阶滤波器的电感vL也接近为0,其求取公式为vL=vi‑vg=0当0<ωt<π时,可得vAV(ωt)=d(ωt)Vdcvg(ωt)=m·Vdcsin(ωt)d(ωt)=m·sin(ωt)Δipp(ωt)=VdcTs4L(1-m2·sin2(ωt))]]>步骤7:并网电压源逆变器高阶滤波器的参数设计1)基准值设定①阻抗的基准值Zb设定如下Zb=vgPrated]]>其中,Prated表示逆变器的额定有功功率;②电感的基准值Lb设定如下Lb=Zbωb]]>其中,ωb表示电网的频率;③电容的基准值Cb设定如下Cb=1ωbZb]]>2)传统并网滤波器的电感L11设计如下Vdc4fs(α1Iref)≤L11≤Vdc4fs(α2Iref)]]>其中,fs为以频率形式表示的开关频率;Iref表示额定峰值电流的参考值;α1、α2均为逆变侧的电流波纹系数,二者的取值分别为15%、40%;3)当系统运行在额定状态下、吸收无功功率时,求取电容的表达式为Cf(Total)=βCb其中,β表示满负荷状态下吸收的无功功率百分比,β<1;电容器的总数为Cmax=5%PratedVg2ω0]]>两个支路中,每个支路的电容器数为电容器总数的一半;4)Lf1和Lf2的求取公式为1Lf1Cf1=ωs1,1Lf2Cf2=ωs2]]>其中,ωs1为以弧度形式表示的开关频率,ωs2表示二倍的开关频率;5)谐振电路的质量指标Q为Q=1RfLfCf]]>其中,Rf表示谐振支路中的等效电阻;步骤8:优化并网电压源逆变器高阶滤波器的参数1)目标函数f(x)为minf(x)=(2+1r)L22(x=[L22,r,Cf1,Cf2])]]>其中,2)总谐波失真度THD设置为THD(x)=3%3)控制器输入的动态电压设置为VDC^=kDCΔf^+VDC0^]]>其中,^表示基本单位制下的参量;kDC表示控制参数,由PWM的频率和换流器的额定电流确定;表示系统正常时的电压值;表示锁相环的输出,表示系统正常时的频率值。
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