基于LCL濾波DVR補償變壓器漏抗的確定 _知識百科

電力系統保護與控制基于LCL濾波DVR補償變壓器漏抗的確定巫付專，侯婷婷，韓梁（中原工學院，河南鄭州450007）波組成LCL濾波器。根據LCL濾波器的設計要求，來確定變壓器的漏抗及阻抗壓降的方法，并結合DVR的特點分析了LCL濾波器各參數的選取原則。根據上述方法對容量為30kVA的DVR進行電壓跌落補償仿真和。它的工作原理為：首先檢測電網供電電壓然后通過數字信號處理系統根據一定的補償策略生成指令信號控制逆變器的輸出，該補償電壓經濾波器和串聯補償變壓器疊加到負載Zf的輸入電壓Mf上，從而可以動態地補償電網跌落的電壓。
2補償變壓器等效實際串聯變壓器等效電路如所示。中，為串聯變壓器副邊輸出電壓；Ms為電源電壓；Ul為負載電壓；Uc為串聯變壓器原邊電壓；成分別為變壓器原邊的漏電抗、電阻；心、沁分別為歸算到一次側的副邊漏電抗、電阻；/1、4分別為變壓器的原邊電流和歸算到一次側的副邊電流；/m為變壓器勵磁電流；及為歸算過的敏感負載阻抗。由于勵磁阻抗較大可以忽略，則變壓器的簡化電路如所示。
3LCL濾波分析DVR的濾波器選取在逆變器輸出側，故可認為LC濾波電路與變壓器的漏電感ia（i1+i2）組成LCL濾波電路，如所示。
變壓器的漏電感，可以作為LCL濾波器的網側濾波電感忍（見），與厶， Cf組成LCL濾波器。其基本原理是忍和￡對電流含有的高頻開關紋波進行阻抗分流，電容Cf為高頻成分提供低阻通路，這樣就有效地減少了電流/1（即電網電流）的高頻含量。
3.1LCL濾波器參數設計通常電感上電阻的風、成、褚較小，為了分析方便可忽略。簡化為所示。
LCL濾波器簡化等效模型圖從控制要求分析， LCL濾波器參數的選取主要可以從以下三個方面考慮：滿足有功功率和無功功率控制的要求；滿足諧波電流指標的要求；滿足電流跟蹤的要求。
（L+Za）的設計在穩態條件下，從逆變器輸出有功（無功）功率的能力來考慮， LCL逆變器的總電感量（+ia）應予以限制。在基波應用中，對于基波電流， LCL濾波器的濾波電容相當于開路，電路可以簡化為如（a）所示的等效電路圖。其中ik代表兩電感之和。
由（b）不難看出，當逆變器輸出電壓保持恒定，并網電壓值恒定，若選取合適的電感值和直流電壓參數，即可控制逆變器運行在圓周的任意一點。若a ， b ， c ， d將圓周分成四個圓弧段，在不同的圓弧段上時，逆變器具有不同的運行狀態和不同的工作電流，對電感的設計要求也不盡相同。當電感的設計滿足C點運行條件時，電感上限值最小；而滿足A點運行條件時，電感上限值最大。設計電感上限值時，要滿足工作狀態最嚴重的情況，即工作在C點時的情況。
根據電流紋波含量的要求設計橋臂側電感實際中，橋臂側的電感電流是隨著開關周期而脈動的，為了將電感電流的紋波限制在一定范圍內，需要分析逆變器輸出單個工頻周期內電感電流紋波的變化規律。可利用逆變器單個輸出工頻周期中不同時刻的瞬態電感電流的數學關系來分析和求取電流紋波變化規律，并從中獲得最大的電感電流紋波值，進而能夠得到橋臂側電感值的最大下限值。
電流紋波的變化規律如式（4），艮即若開關頻率一定，當/ud.比值不同時，基波電流峰值和過零處的電流紋波變化規律如所示。
當7抑。 =0.5時，電流紋波幅值最大，且最大值為式（7）。
電流紋波隨Me'/Mde的變化規律根據上述結論和逆變器橋臂側電流控制中對最， ~r大電流紋波幅值aw的要求，可按照最大電流紋波（11）幅值設計相應的電感值，即2中因變壓器的漏抗值較小，可認為Lk=Li ，綜合濾波性能的靜動態要求可得出橋臂側電感的范圍為考慮電感的成本，設計電感值時應盡量的小；考慮設計誤差，電感的取值應留一定的裕量。
兩個電感比值r的確定為h次開關頻率諧波電流下的等效單相LCL濾波器結構，在高頻逆變狀態，并網逆變器是一個諧波發生器，網側相當于短路。由諾頓定理可知，并網逆變器橋臂側可以用一個電流源與電感Li并聯等效。
定義逆變器側諧波電流到網側諧波電流i1的衰減比a為其中ZLc開關諧波次數。
LCL濾波器的諧振頻率公式推導出通常一般初選衰減比為20%左右。即可確定電感比值r.濾波電容Cf的確定在并網逆變器LCL濾波器設計中，電容產生的無功功率一般限制為不超過5%的系統額定功率。可得電容范圍為諧振頻率s的設計限制對于LCL濾波器，一般要求其濾波器的諧振頻率設計在10倍基頻和0.5倍開關頻率之間，即有， 10/nS/resS0.5/sw ， fn為電網基頻， fsw為逆變器開關頻率。
3.2阻抗壓降的確定根據可得變壓器的阻抗壓降為其中， L1+L2=La ，由上述分析得出La=rLi. 4仿真及，第一條曲線為DVR補償后的電網電壓，第二條曲線為補償變壓器副邊輸出電壓，第三條曲線為補償后的電網電流，第四條曲線為電網變化曲線。從圖中不難看出，在0.10.3s時的電網電壓發生跌落， DVR能及時補償電壓，保證負載兩端的電壓穩定，從而保障了敏感負載的正常運行。 0（a1）中濾波電感Li取3mH ，濾波電容Cf取15壚，變壓器漏感La取0.04mH.阻抗壓降為0.19V ，壓降百分比為1%左右，補償電壓的諧波畸變率為16.34% ，電網中的諧波畸變率THD為1.80%；0（a2）為電網電壓跌落30%時，且其他參數不變的情況下的仿真波形圖，補償電壓的諧波畸變率為5.71% ，電網中的諧波畸變率為1.65%.從仿真結果分析可得，電網跌落電壓較小時，補償電壓的諧波含量較高，但因為補償電壓在電網中所占比例較小，所以電網上的諧波畸變率也會較小。
0（b）中曲線1為電網電壓曲線，值為220V ，曲線2為電網跌落10%后的電壓曲線，值為198V左右， 0（c）為補償變壓器輸出電壓曲線，值為23.4 V左右，跌落后電網電壓與補償電壓疊加后，保證了負載兩端電壓在額定工作電壓220V左右，可見此方法設計的濾波電感和變壓器漏電感有較好的實際效果。
5結論從濾波電路的濾波性能和變壓器的經濟性角度，提出了將變壓器漏感與LC濾波電路組成LCL濾波電路，通過分析LCL濾波電路的穩定性、電流跟蹤性和濾波性能，來設計濾波器和變壓器的相關參數。經過仿真和實驗結果驗證了該方法的合理性。