[发明专利]一种三相并网系统LLCL滤波器参数设计方法

说明书

三相并网系统LLCL滤波器参数设计方法包括以下步骤：建立带LLCL滤波器的并网逆变器的诺顿等效模型；根据所建立的诺顿等效模型获得开环传递函数和闭环输出导纳；根据无源性概念和闭环输出导纳波特图获得系统稳定和鲁棒的边界条件f_rc和取值范围；确定逆变器的开关频率f_sw和控制采样频率f_s；根据f_rc比值关系和所述取值范围确定LLCL滤波器的参数。本发明具有降低了LLCL滤波器的参数设计复杂的程度，同时考虑了系统稳定条件的优点。

技术领域

本发明属于并网逆变器技术领域，特指一种三相并网系统LLCL滤波器参数设计方法。

技术背景

随着传统能源日益紧缺和环境污染严重，可再生能源的利用备受重视。常用的基于PWM调制技术的并网变流器会产生大量高次谐波，容易污染公共电网。针对上述问题，相关学者提出了一种带L_f-C_f串联谐振支路的新型高阶LLCL型滤波器，LC串联谐振电路的谐振频率设置在开关频率处，通过谐振产生的低阻抗特性来达到滤除特定次谐波的目的。LLCL滤波器相比LCL滤波器，LLCL滤波器在开关频率处有更好的滤波效果，要达到相同的滤波效果所需的电网侧电感值更小，并不会给控制带来额外困难。

然而，跟其它高阶滤波器一样，LLCL滤波器存在谐振问题，可能会导致变换器控制的不稳定。尤其在弱电网的情况下，系统的稳定性和鲁棒性受到电网阻抗变化的影响，从而给滤波器的设计带来更大的挑战。传统的抑制谐振的方法主要有两种：有源阻尼和无源阻尼。传统的无源阻尼是在滤波器的支路中加入电阻但是这样会给系统增加额外的损耗，降低系统的效率；有源阻尼是通过改变逆变器的控制但是这样需要额外的传感器并且需要多环反馈的复杂控制算法。

为了解决LLCL滤波器存在的谐振问题，本发明从提高采用电网电流控制时候系统的稳定性和鲁棒性的角度，提出一种三相并网系统LLCL滤波器参数设计方法。这种滤波器的参数设计方法具有不需要额外的传感器和复杂的控制算法，也不会带来额外的损耗的优点。

发明内容

针对LLCL滤波器存在的谐振问题，本发明提出一种三相并网系统LLCL滤波器参数设计方法。本发明的目的是提供一种并网LLCL滤波器的参数设计方法,提高带LLCL滤波器的并网逆变器系统的稳定性和鲁棒性。本发明对于LLCL滤波器的设计方法同样也适应于LCL滤波器的设计。所述的LLCL滤波器的拓扑结构包括逆变器侧电感L₁、电网侧电感L₂、谐振支路电容C_f和谐振支路电感L_f。三相并网系统LLCL滤波器参数设计方法包括以下步骤：

(1)建立带LLCL滤波器的并网逆变器的诺顿等效模型；

(2)根据所建立的诺顿等效模型获得开环传递函数和闭环输出导纳；

(3)根据无源性概念和闭环输出导纳波特图获得系统稳定和鲁棒的边界条件f_rc和取值范围；

(4)确定逆变器的开关频率f_sw和控制采样频率f_s；

(5)根据f_rc比值关系和所述取值范围确定LLCL滤波器的参数。

系统的闭环输出导纳和无源性分析具体推导为：当采用网侧电流控制时，闭环输出导纳为：

其中：Z_L1，Z_LC和Z_L2为L₁，L_fC_f支路和L₂的阻抗；T为开环传递函数，且T＝G_cG_dG₁，