一种高阶滤波器的拓扑结构及其等效电路分析方法技术

本发明专利技术提供了一种高阶滤波器的拓扑结构及其等效电路分析方法，涉及分布式发电系统技术领域。本发明专利技术方法先通过计算电网阻抗为0时准确的谐振频率，接着进行扫频，依次带入高阶滤波器的传递函数，确定增益值最大的点，得到高阶滤波器准确的第一谐振频率；然后计算得准确的支路等效电容，进而计算得到新的总等效电容；最后更新电网阻抗，根据新的总等效电容重新计算得到谐振频率的准确近似值。本发明专利技术方法能够准确化简高阶滤波器模型，有效降低系统数学模型的阶数，方便在等效模型的基础之上设计阻尼参数，在满足系统稳定性的同时还能保证系统的动态特性。统的动态特性。统的动态特性。

【技术实现步骤摘要】
一种高阶滤波器的拓扑结构及其等效电路分析方法


[0001]本专利技术涉及分布式发电系统
，特别涉及一种高阶滤波器的拓扑结构及其等效电路分析方法。

技术介绍

[0002]作为分布式发电系统和电力电网之间的接口，并网逆变器在向电网中注入高质量电能这一过程中扮演着重要的角色。为了抑制注入电网的开关谐波电流，有必要在电网和逆变器之间接入低通无源滤波器，如LCL型滤波器或更高阶的滤波器。
[0003]但使用高阶滤波器作为网侧滤波器会使谐振问题更为复杂，且增加了系统准确建模的难度，从而导致控制器参数和阻尼参数的设计变得十分困难。
[0004]基于此，提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种高阶滤波器的拓扑结构及其等效电路分析方法，能够准确化简高阶滤波器模型，有效降低系统数学模型的阶数，方便在等效模型的基础之上设计阻尼参数，在满足系统稳定性的同时还能保证系统的动态特性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]首先，在第一方面，本专利技术提出了一种高阶滤波器的拓扑结构，包括：
[0008]逆变器侧电感L1、网侧电感L2、网侧电感L
g
、滤波器电容器C
f
、谐振电容器C1，C2，
…
,C
n
和谐振电感器L
f1
，L
f2
，
…
，L
fn
；其中
[0009]谐振电容器C1和谐振电感器L
f1
组合，谐振电容器C2和谐振电感器L
f2
组合，
…
，谐振电容器C
n
和谐振电感器L
fn
组合，形成多条谐振支路；滤波器电容器C
f
作为电容支路；最终形成陷波频率在开关频率或开关频率倍频处的LC谐振电路(从阻抗的角度也可以理解成陷波电路)为高阶滤波器的等效电路，以此获得所述高阶滤波器的等效LCL滤波器。多组L
fn
‑
C
n
谐振电路可以实现多个开关谐波频率点处的0阻抗，而单独的电容支路C
f
则保证了高频段－60dB/decade的衰减。
[0010]本专利技术在第二专利技术提供了一种高阶滤波器的拓扑结构的等效电路分析方法，包括如下步骤：
[0011]步骤(1)根据支路等效电容和总等效电容，计算电网阻抗为0时准确的谐振频率；
[0012]步骤(2)由计算出来的谐振频率，进行扫频，依次带入高阶滤波器的传递函数，确定增益值最大的点，得到高阶滤波器准确的第一谐振频率；
[0013]步骤(3)由第一谐振频率计算得准确的支路等效电容，进而计算得到新的总等效电容；
[0014]步骤(4)当电网阻抗变化时，更新电网阻抗，根据新的总等效电容重新计算得到谐振频率的准确近似值，修正等效LCL滤波器。
[0015]与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
[0016](1)本专利技术方法的使用不受滤波器阶数、电压等级和功率等级的限制，具有较大的应用范围，很强的实用性。
[0017](2)本专利技术等效后的高阶滤波器型并网逆变器电路系统阶次有效降低，且呈现LCL结构。
[0018](3)本专利技术提出等效电路可以直接应用LCL型系统中的设计方法，简化了设计与运算，且有效控制了近似误差。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术网侧高阶滤波器的拓扑结构图；
[0021]图2为本专利技术一种具体实施方式的一种高阶滤波器的拓扑结构的等效电路分析方法的流程图；
[0022]图3为本专利技术一种具体实施方式的高阶滤波器及其等效LCL滤波器的电网阻抗响应图；
[0023]图4为本专利技术一种具体实施方式的高阶滤波器及其等效LCL滤波器的频率响应图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]请参考图1，本实施例中，网侧高阶滤波器的拓扑结构主要包括：
[0026]逆变器侧电感L1、网侧电感L2、网侧电感L
g
、滤波器电容器C
f
、谐振电容器C1，C2，
…
,C
n
和谐振电感器L
f1
，L
f2
，
…
，L
fn
；其中
[0027]谐振电容器C1和谐振电感器L
f1
组合，谐振电容器C2和谐振电感器L
f2
组合，
…
，谐振电容器C
n
和谐振电感器L
fn
组合，形成多条谐振支路；滤波器电容器C
f
作为电容支路。即主要结构为陷波频率在开关频率或开关频率倍频处的LC谐振电路(也叫“陷波电路”)为高阶滤波器的等效电路，以此获得高阶滤波器的等效LCL滤波器。多组L
fn
‑
C
n
谐振电路可以实现多个开关谐波频率点处的0阻抗，而单独的电容支路C
f
则保证了高频段－60dB/decade的衰减。
[0028]请参考图2，本实施例一种高阶滤波器的拓扑结构的等效电路分析方法，包括如下步骤：
[0029]步骤(1)：根据支路等效电容和总等效电容，计算电网阻抗为0时准确的谐振频率。具体为：
[0030]令所有的支路等效电容C
eqi
＝C
i
，C
eqi
是指将每一条LC支路等效成一个单独的电容，此处为不准确的支路等效电容，即初始值。每条LC支路均可等效为一个电容，所有电容
是并联的，可以直接相加。则可由
[0031]C
′
f
＝C
f
+C
eq1
+C
eq2
+
…
+C
eqn
＝C
f
+C1+C2+
…
+C
n
[0032]计算得到等效LCL滤波器的总等效电容量C
′
f
[0033]再由
[0034][0035]计算等效LCL滤波器的谐振频率
[0036]其中L1是逆变器侧电感，L2是网侧电感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高阶滤波器的拓扑结构，其特征在于，包括：逆变器侧电感L1、网侧电感L2、网侧电感L
g
、滤波器电容器C
f
、谐振电容器C1，C2，
…
，C
n
和谐振电感器L
f1
，L
f2
，
…
，L
fn
；其中谐振电容器C1和谐振电感器L
f1
组合，谐振电容器C2和谐振电感器L
f2
组合，
…
，谐振电容器C
n
和谐振电感器L
fn
组合，形成多条谐振支路；滤波器电容器C
f
作为电容支路；最终形成陷波频率在开关频率或开关频率倍频处的LC谐振电路为高阶滤波器的等效电路，以此获得所述高阶滤波器的等效LCL滤波器。2.一种如上述权利要求1所述的高阶滤波器的拓扑结构的等效电路分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)根据支路等效电容和总等效电容，计算电网阻抗为0时准确的谐振频率；步骤(2)由计算出来的谐振频率，进行扫频，依次带入高阶滤波器的传递函数，确定增益值最大的点，得到高阶滤波器准确的第一谐振频率；步骤(3)由第一谐振频率计算得准确的支路等效电容，进而计算得到新的总等效电容；步骤(4)更新电网阻抗，根据新的总等效电容重新计算得到谐振频率的准确近似值。3.根据权利要求2所述的高阶滤波器的拓扑结构的等效电路分析方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：令所有的支路等效电容C
eqi
＝C
i
，则可由C
′
f
＝C
f
+C
eq1
+C
eq2
+
…
+C
eqn
＝C
f
+C1...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶杰，张智雄，罗欣，唐其鹏，沈安文，徐金榜，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：