一種并網(wǎng)逆變器lcl-lc濾波器的參數(shù)設計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種并網(wǎng)逆變器LCL-LC濾波器的參數(shù)設計方法。該方法在參數(shù)設計環(huán)節(jié)和魯棒性校驗環(huán)節(jié)都引入了四維圖像，即利用四維圖像對參數(shù)設計及校驗進行了優(yōu)化。該方法包括以下步驟：1、根據(jù)系統(tǒng)條件選擇參數(shù)初始值；2、分析計算逆變器輸出端諧波電壓頻譜；3、在一定的網(wǎng)側(cè)諧波電流百分比條件下作出以總電感為目標函數(shù)，其他參數(shù)為自變量的四維圖像；4、利用四維圖像分析各參數(shù)變化趨勢并進行參數(shù)的優(yōu)化；5、對優(yōu)化后的參數(shù)進行魯棒性驗證。本發(fā)明的優(yōu)點在于：通過繪制四維圖像的方法，將多個參數(shù)變量之間復雜的函數(shù)關(guān)系用圖像的形式表現(xiàn)出來，可以清晰地看出各參數(shù)之間的變化關(guān)系，為濾波器電感的優(yōu)化和魯棒性校驗提供了一種簡潔直觀的可視化方法。
【專利說明】—種并網(wǎng)逆變器LCL-LC濾波器的參數(shù)設計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及并網(wǎng)逆變器的參數(shù)設計方法，尤其是涉及基于四維圖像的并網(wǎng)逆變器LCL-LC濾波器的參數(shù)設計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著逆變器的發(fā)展和電能質(zhì)量要求的提高，并網(wǎng)逆變器輸出濾波器成為研究熱點之一。濾波器的研究需要在成本、損耗和輸出電流質(zhì)量之間進行折衷，具有一定難度。同時，電網(wǎng)標準的要求卻愈加嚴格，例如IEEE519-1992、IEEE1547-2008等標準規(guī)定逆變器輸出電流中高于35次的電流諧波中任意頻率的諧波其幅值都必須小于0.3%。
[0003]為了滿足電網(wǎng)標準對開關(guān)頻率諧波的要求，減小濾波器成本，《An LCL-LC PowerFilter for Grid-Tied Inverter》中提到了一種LCL-LC型并網(wǎng)濾波器拓撲，該濾波器具有一個LC串聯(lián)諧振支路，可以將開關(guān)頻率諧波電流進行芳路，大幅減小并網(wǎng)電流中的開關(guān)頻率諧波。相對于傳統(tǒng)LCL濾波器，LCL-LC濾波器由于增加的諧振電感值很小且不流過功率電流，其成本可以忽略不計，但是其濾波性能卻得到了較大提升，因此該濾波器具有廣闊的應用前景。
[0004]LCL-LC濾波器的參數(shù)設計因為涉及參數(shù)數(shù)目較多，各參數(shù)變量之間關(guān)系復雜，以往研究僅僅給出了大致參數(shù)設計的方法，并沒有考慮參數(shù)的優(yōu)化設計，無法實現(xiàn)減小濾波器體積和成本的目的，而且對設計得到的參數(shù)也沒有合適的校驗方法，存在魯棒性方面的缺陷，無法知曉參數(shù)偏移時是否仍然能滿足并網(wǎng)標準。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對LCL-LC濾波器參數(shù)設計難以實現(xiàn)優(yōu)化和存在魯棒性缺陷等問題，本發(fā)明提出了一種基于四維圖像的可視化參數(shù)設計及校驗方法，即通過繪制四維圖像的方法，將多變量之間復雜的函數(shù)關(guān)系用圖像形式表現(xiàn)出來，可以清晰地看出各參數(shù)變量之間的變化關(guān)系，為濾波器電感優(yōu)化和魯棒性校驗提供了一種簡潔直觀的可視化方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的。本發(fā)明提供了一種并網(wǎng)逆變器LCL-LC濾波器的參數(shù)設計方法，依次按以下步驟進行:
[0007]步驟1:根據(jù)逆變器系統(tǒng)條件和設計目標初始化LCL-LC濾波器參數(shù)，所述LCL-LC濾波器參數(shù)包括:
[0008]L1:LCL-LC濾波器的橋臂側(cè)電感；
[0009]L2:LCL-LC濾波器的網(wǎng)側(cè)電感；
[0010]Lf =LCL-LC濾波器的串聯(lián)諧振支路的諧振電感；
[0011 ] C:LCL-CL濾波器的總電容；
[0012]Cd =LCL-LC濾波器的濾波電容；
[0013]Cf =LCL-LC濾波器的串聯(lián)諧振支路的諧振電容；
[0014]對上述的LCL-LC濾波器參數(shù)初始化的步驟依次如下:[0015](1)根據(jù)逆變器系統(tǒng)參數(shù)和設定的橋臂側(cè)電流紋波Λ i按照下式計算LCL-LC濾波器的橋臂側(cè)電感L1:
【權(quán)利要求】
1.一種并網(wǎng)逆變器LCL-LC濾波器的參數(shù)設計方法，其特征在于:依次按以下步驟進行設計: 步驟1:根據(jù)逆變器系統(tǒng)條件和設計目標初始化LCL-LC濾波器參數(shù)，所述LCL-LC濾波器參數(shù)包括: L1 =LCL-LC濾波器的橋臂側(cè)電感； L2:LCL-LC濾波器的網(wǎng)側(cè)電感； Lf =LCL-LC濾波器的串聯(lián)諧振支路的諧振電感； C =LCL-CL濾波器的總電容； Cd:LCL-LC濾波器的濾波電容； Cf =LCL-LC濾波器的串聯(lián)諧振支路的諧振電容； 步驟2:根據(jù)初始化的LCL-LC濾波器參數(shù)計算并繪制逆變器輸出端諧波電壓頻譜圖；步驟3:繪制以總電感L為目標函數(shù)，電感比r、濾波電容Cd和諧振電容Cf為自變量的四維圖像,所述的總電感L = L1+!^,電感比r = L2A1 ； 步驟4:根據(jù)步驟3得到的四維圖像對LCL-LC濾波器參數(shù)進行優(yōu)化，即分析各LCL-LC濾波器參數(shù)的變化趨勢，以減小總電感L為目標，對步驟I中LCL-LC濾波器參數(shù)的初始值進行調(diào)整，得到優(yōu)化后的參數(shù)值； 步驟5:對步驟4得到的優(yōu)化后的參數(shù)值進行魯棒性校驗:分析參數(shù)偏移時是否能夠滿足并網(wǎng)要求，若滿足并網(wǎng)要求，校驗通過，參數(shù)設計完成；若不滿足并網(wǎng)要求，校驗未通過，返回步驟4重新進行參數(shù)優(yōu)化，直至參數(shù)設計完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種并網(wǎng)逆變器LCL-LC濾波器的參數(shù)設計方法，其特征在于:步驟I所述的初始化LCL-LC濾波器參數(shù)的步驟為: (1)根據(jù)逆變器系統(tǒng)參數(shù)和設定的橋臂側(cè)電流紋波△i按照下式計算LCL-LC濾波器的橋臂側(cè)電感L1:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種并網(wǎng)逆變器LCL-LC濾波器的參數(shù)設計方法，其特征在于:步驟2所述的根據(jù)初始化的LCL-LC濾波器參數(shù)計算并繪制逆變器輸出端諧波電壓頻譜圖的步驟為: (1)根據(jù)LCL-LC濾波器的初始化參數(shù)利用下式計算調(diào)制度m:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種并網(wǎng)逆變器LCL-LC濾波器的參數(shù)設計方法，其特征在于:步驟3所述的繪制以總電感L為目標函數(shù)，電感比r、濾波電容Cd和諧振電容Cf為自變量的四維圖像的步驟為: (1)根據(jù)并網(wǎng)要求設定諧波電流百分比Ig%小于0.3% ； (2)按照如下傳遞函數(shù)式繪制四維圖像；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種并網(wǎng)逆變器LCL-LC濾波器的參數(shù)設計方法，其特征在于:步驟5所述的魯棒性校驗的步驟為: (1)利用步驟2得到的逆變器輸出端諧波電壓頻譜圖，在一次和二次開關(guān)頻率依次選取邊帶諧波電壓較大的四個點，代入諧波電流百分比Ig%與參數(shù)L1, L2, Cd和Cf之間的函數(shù)關(guān)系:
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5任一項所述的一種并網(wǎng)逆變器LCL-LC濾波器的參數(shù)設計方法，其特征在于:所述LCL-LC濾波器的拓撲結(jié)構(gòu)包括橋臂側(cè)電感Lp網(wǎng)側(cè)電感L2、濾波電容Cd、諧振電感Lf、諧振電容Cf，橋臂側(cè)電感L1與逆變器輸出橋臂相接，網(wǎng)側(cè)電感L2的一端與橋臂側(cè)電感L1相連，網(wǎng)側(cè)電感L2的另一端作為濾波器輸出與電網(wǎng)相連，濾波電容Cd與橋臂側(cè)電感L1并聯(lián)，諧振電感 Lf與諧振電容Cf串聯(lián)后與濾波電容C并聯(lián)。
【文檔編號】H02M1/12GK103825438SQ201410028321
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】張興, 朱虹, 李飛, 李浩源 申請人:合肥工業(yè)大學