[发明专利]基于阻尼比的LCL滤波器参数设计方法、设备及介质

说明书

本发明提供了一种基于阻尼比的LCL滤波器参数设计方法、设备及介质，首先根据传统LCL滤波器设计方法，选取变流器侧电感及滤波电容参数；然后利用阻尼比，对阻尼电阻和输出侧电感的取值进行优化设计；此外，还提供了针对总电感量和谐振频率的迭代优化方案。本发明优选采用最优阻尼比0.28，该阻尼比能够以最小的阻尼损耗保障带LCL滤波器的变流器系统稳定运行。本发明设计迭代少，能够保障LCL滤波器的高频衰减设计准确，避免阻尼设计不合理所引入的稳定性风险，进而确保电流控制参数的选取简单直接，适用于LCL滤波器的输出侧电压高频分量较低的场合。

技术领域

本发明涉及变流器的滤波器设计领域，尤其涉及一种基于阻尼比的LCL滤波器参数设计方法。

背景技术

相比于传统的电感滤波器，LCL滤波器对高频电流谐波具有更好的衰减性能。近年来，为了满足越来越严苛的并网准则，越来越多的并网变流器开始采用LCL滤波器，以滤除并网电流中的开关次谐波。然而，LCL滤波器的幅频特性曲线上存在一个固有的谐振峰，该谐振峰容易导致变流器系统失稳，为电流控制器的设计带来了挑战。为了保证控制的稳定性，带LCL滤波器的变流器系统一般会采用有源阻尼或者无源阻尼的方法来抑制谐振峰。

有源阻尼的主要优点是不会引入阻尼损耗，也不会降低LCL滤波器的高频衰减性能。但是，有源阻尼通常需要使用额外的传感器，这意味着额外的经济成本和更为复杂的控制环路。相对于有源阻尼，无源阻尼是一种更为简单和常用的方法。一般而言，阻尼电阻可以串联在LCL滤波器的电容上，从而抑制谐振。这种方法的代价是阻尼损耗增加，高频衰减性能变差。为了克服这些缺点，一些新的无源阻尼方法使用了额外的电容或电感，从而分别旁路掉电容支路上的高频电流和基频电流，例如RC阻尼支路，RLC阻尼支路等等。但是，这些新的阻尼方案会引入高阶传递函数和多变的特征频率，增加了滤波器参数设计的复杂度。因此，在实际应用中，将一个简单的阻尼电阻与滤波电容串联，仍然是一种常用的无源阻尼方法。

如何对阻尼电阻的取值进行设计，是一个有难度的问题，因为阻尼电阻的取值与多个参数相关。在采用传统设计方法时，为了简化设计，阻尼电阻的取值一般是设为与谐振频率下电容阻抗相近的数量级，并且1/3是一个常用的经验值。然而，基于经验值的阻尼设计是不够精确的：若电阻取值过小，滤波器的谐振抑制不充分，就会对变流器的控制稳定性造成不良影响；若电阻取值过大，这将导致高频电流衰减性能的过度退化以及电能转换效率的降低。因此，传统设计方法需要通过不断迭代来调整阻尼取值。在文献《Analysis ofthe Passive Damping Losses in LCL-Filter-Based Grid Converters》中，R.-Alzola等人提出了一种解析的无源阻尼设计方法，从而保证控制稳定性。这种方法仅适用于LCL滤波器的变流器侧电流作为受控对象的情况，且仅当输出侧电感远大于变流器侧电感时阻尼设计才准确。然而，在实际应用中，LCL滤波器的输出侧电流作为受控对象是较为常见的情况，而且输出侧电感一般是小于变流器侧电感的。因此，该方法的适用性较差。

此外，在采用传统设计方法时，LCL滤波器的阻尼电阻通常是在电感、电容取值均确定后才进行的。考虑到阻尼电阻会部分阻断流经电容支路的高频电流，LCL滤波器的高频衰减不可避免会与设计初始值有所差异。因此，传统的设计方法需要通过额外的迭代来调整衰减表现。

综上所述，现有的无源阻尼电阻设计方法主要存在两点缺陷：

1)无源阻尼取值的设计不精确，可能因为阻尼取值不合理而导致变流器失稳或阻尼损耗过大；

2)无源阻尼和高频电流衰减需要多次迭代调整，设计效率低，设计精度差。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于阻尼比的LCL滤波器参数设计方法、设备及介质。

根据本发明的第一方面，提供一种LCL滤波器参数设计方法，包括：