风能变流器网侧LC滤波器分析与设计

发表时间:2021/9/6   来源:《科学与技术》2021年4月11期   作者:周俊杰
[导读] 在风力发电变流器中,网侧变流器与电网之间需要串联滤波器
       周俊杰
       特变电工西安电气科技有限公司 陕西省西安市 710119
       摘 要:在风力发电变流器中,网侧变流器与电网之间需要串联滤波器来抑制开关频率引起的电流纹波,本文提出一种LC滤波器设计方法,该方法分析了几种滤波器的特性,重点讨论了LC滤波器各个参数对系统整体性能的影响以及各个参数选型的约束条件。
        关键词:网侧滤波器;LC;箱变漏感
       中图分类号:TM46
1网侧滤波器研究现状
       并网变流器一般采用高频SVPWM调制,这将带来两方面的弊端。第一,高频调制会导致高频谐波电压和谐波电流进入电网,因此注入电网的电流谐波和电压谐波大小是一项重要指标;第二,IGBT开关动作带来了逆变桥桥臂电流纹波,纹波是指叠加在直流分量上的交流分量,它的两种形态分别为高次谐波和开关引起的脉冲波。过大的纹波电流不仅增大了IGBT模块的开关损耗,还会加大电感的损耗,使其温升增加,绝缘材料寿命下降。
网侧滤波器是变流器的一个重要环节,一方面滤除输入电网的谐波电流和谐波电压,另一方面负责滤除功率器件高频开关动作产生的电压纹波和电流纹波。
2网侧LC滤波器研究
       LC滤波器设计的原则需要兼顾考虑以下几个因素:动态性能、尖峰电流、谐波、谐振频率、无功损耗。
2.1  L1的选取原则
       网侧LC滤波器选取的原则一方面要考虑网侧谐波电流和谐波电压,另一方面也要考虑逆变桥侧的谐波电流和纹波电流。式(1)和式(2)是LC滤波器和L滤波器电网电流到逆变器输出电压的传递函数,图3是两个传递函数对应的频率特性比较,可见在转折频率以下,两者的频率特性相同,转折频率以上,LC滤波器的衰减率为60dB/十倍频,远高于单电感的20dB/十倍频,对于谐波电流的衰减LC滤波器比L滤波器有较好的滤波效果。这意味着在低频时LCL滤波器可以被当作电感为的一个等效电抗器。从图2可以看出,LCL滤波器在其谐振频率处幅值很大,会导致谐振频率处谐波的幅值增大,从而增加了网侧电流中高次谐波的含量,增大了电流的谐波畸变率,这与采取LCL滤波器的初衷相反,无法产生理想的效果。避免此类问题有两种方法:第一,设计系统的谐振频率远离激励源的频率;第二,在电容回路增加阻尼电阻。
    
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