[发明专利]变流装置的电抗器的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电抗器的设计方法，尤其设计一种能量回馈式变流装置的电网侧电抗器的设计方法。

背景技术

新型能源发电(例如风力发电和光伏发电)注入电网而引起的电能质量问题和电力系统稳定性问题被广泛关注。新型能源发电往往会向电网注入了大量谐波及无功功率，造成电网污染。图1用于说明一种新型能源发电变流装置的拓扑结构示意图。如图所示，变流装置10的输入端连接新型能源发电机20，变流装置10的输出端连接变流装置的电网侧30。变流装置10为双向背靠背型，且其设有一个直流侧12。三相交流电网侧30包括U_a、U_b和U_c三相，通常情况下，需要在变流装置的电网侧30安装滤波网络40以降低输入电网的谐波数量，如图所示，滤波网络40包括滤波单元F_a、F_b和F_c，其中滤波单元F_a连接U_a相，滤波单元F_b连接U_b相，滤波单元F_c连接U_c相。电网侧30的电抗参数与变流装置10的开关频率之间相互制约，并与变流装置10输入电网侧30的总谐波失真(以下简称THD)和变流装置10的开关损耗密切相关。

现有电网侧电抗器的设计方法中，缺乏理论模型和标准设计方法，通常情况下滤波单元中电抗器的相关参数需要根据工程师的经验反复试验决定。如果使用不合适的电抗器，无法达到减少输入至电网的谐波和无功功率的预期效果，同时还会导致变流装置的功因数降低，工作效率变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种变流装置的电抗器的设计方法，实现电抗器设计的标准化，同时满足输入至电网电能的谐波含量及无功功率的要求。

本发明提供了一种变流装置的电抗器的设计方法，包括：

a、依据变流装置的电网侧交流各相中电抗器通过交流电流的最大超调量，以及变流装置的电网侧交流各相中交流电流各阶谐波电流的最大允许值，分别计算得到与每一个交流相对应的两个电抗值，并选取其中的较小的电抗值作为与该交流相对应的电抗器的最小电抗值；

b、依据变流装置的电网侧各相交流电中交流电流响应速度的最小值，以及变流装置的电网侧各相交流电的功率因数的最小值，分别计算得到与每一个交流相对应的两个电抗值，并选取其中的较大的电抗值作为与该交流相对应的电抗器的最大电抗值；和

c、在步骤a和步骤b计算得到的电抗器的最小电抗值和最大电抗值范围中选取电抗器的电抗值。变流装置的电抗器的设计方法，实现了电抗器设计的标准化，同时还使得输入至电网电能的谐波含量及无功功率符合要求。

在变流装置的电抗器的设计方法的再一种示意性的实施方式中，步骤c中选取具有不同电抗值的至少三个电抗器，依据各不同电抗器在变流装置的电网侧使用时的功率因数和总谐波失真确定电抗器的电抗值。

在变流装置的电抗器的设计方法的另一种示意性的实施方式中，步骤a中，依据电抗器的交流电流的最大超调量得到电抗值的计算公式为：

L≥2Uk+2Vdc/3ΔIkmax×f]]>

其中：L为电抗值；

U_k为变流装置的电网侧各相交流电压的有效值；

V_dc为变流装置的直流侧的直流电压；

ΔI_kmax为变流装置的电网侧的各相交流电流的超调量的最大值；

f为变流装置的功率开关的开关频率。

在变流装置的电抗器的设计方法的又一种示意性的实施方式中，ΔI_kmax的计算公式为：