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山东信平变压器:基于LCL滤波DVR补偿变压器漏抗的确定

2018-05-16 08:57:04 德州信平电子有限公司 阅读

电力系统保护与控制基于LCL滤波DVR补偿变压器漏抗的确定巫付专,侯婷婷,韩梁(中原工学院,河南郑州450007)波组成LCL滤波器。根据LCL滤波器的设计要求,来确定变压器的漏抗及阻抗压降的方法,并结合DVR的特点分析了LCL滤波器各参数的选取原则。根据上述方法对容量为30kVA的DVR进行电压跌落补偿仿真和。它的工作原理为:首先检测电网供电电压然后通过数字信号处理系统根据一定的补偿策略生成指令信号控制逆变器的输出,该补偿电压经滤波器和串联补偿变压器叠加到负载Zf的输入电压Mf上,从而可以动态地补偿电网跌落的电压。

2补偿变压器等效实际串联变压器等效电路如所示。中,为串联变压器副边输出电压;Ms为电源电压;Ul为负载电压;Uc为串联变压器原边电压;成分别为变压器原边的漏电抗、电阻;心、沁分别为归算到一次侧的副边漏电抗、电阻;/1、4分别为变压器的原边电流和归算到一次侧的副边电流;/m为变压器励磁电流;及为归算过的敏感负载阻抗。由于励磁阻抗较大可以忽略,则变压器的简化电路如所示。

3LCL滤波分析DVR的滤波器选取在逆变器输出侧,故可认为LC滤波电路与变压器的漏电感ia(i1+i2)组成LCL滤波电路,如所示。

变压器的漏电感,可以作为LCL滤波器的网侧滤波电感忍(见),与厶,Cf组成LCL滤波器。其基本原理是忍和£对电流含有的高频开关纹波进行阻抗分流,电容Cf为高频成分提供低阻通路,这样就有效地减少了电流/1(即电网电流)的高频含量。

3.1LCL滤波器参数设计通常电感上电阻的风、成、褚较小,为了分析方便可忽略。简化为所示。

LCL滤波器简化等效模型图从控制要求分析,LCL滤波器参数的选取主要可以从以下三个方面考虑:满足有功功率和无功功率控制的要求;满足谐波电流指标的要求;满足电流跟踪的要求。

(L+Za)的设计在稳态条件下,从逆变器输出有功(无功)功率的能力来考虑,LCL逆变器的总电感量(+ia)应予以限制。在基波应用中,对于基波电流,LCL滤波器的滤波电容相当于开路,电路可以简化为如(a)所示的等效电路图。其中ik代表两电感之和。

由(b)不难看出,当逆变器输出电压保持恒定,并网电压值恒定,若选取合适的电感值和直流电压参数,即可控制逆变器运行在圆周的任意一点。若a,b,c,d将圆周分成四个圆弧段,在不同的圆弧段上时,逆变器具有不同的运行状态和不同的工作电流,对电感的设计要求也不尽相同。当电感的设计满足C点运行条件时,电感上限值最小;而满足A点运行条件时,电感上限值最大。设计电感上限值时,要满足工作状态最严重的情况,即工作在C点时的情况。

根据电流纹波含量的要求设计桥臂侧电感实际中,桥臂侧的电感电流是随着开关周期而脉动的,为了将电感电流的纹波限制在一定范围内,需要分析逆变器输出单个工频周期内电感电流纹波的变化规律。可利用逆变器单个输出工频周期中不同时刻的瞬态电感电流的数学关系来分析和求取电流纹波变化规律,并从中获得最大的电感电流纹波值,进而能够得到桥臂侧电感值的最大下限值。

电流纹波的变化规律如式(4),艮即若开关频率一定,当/ud.比值不同时,基波电流峰值和过零处的电流纹波变化规律如所示。

当7抑。=0.5时,电流纹波幅值最大,且最大值为式(7)。

电流纹波随Me'/Mde的变化规律根据上述结论和逆变器桥臂侧电流控制中对最,~r大电流纹波幅值aw的要求,可按照最大电流纹波(11)幅值设计相应的电感值,即2中因变压器的漏抗值较小,可认为Lk=Li,综合滤波性能的静动态要求可得出桥臂侧电感的范围为考虑电感的成本,设计电感值时应尽量的小;考虑设计误差,电感的取值应留一定的裕量。

两个电感比值r的确定为h次开关频率谐波电流下的等效单相LCL滤波器结构,在高频逆变状态,并网逆变器是一个谐波发生器,网侧相当于短路。由诺顿定理可知,并网逆变器桥臂侧可以用一个电流源与电感Li并联等效。

定义逆变器侧谐波电流到网侧谐波电流i1的衰减比a为其中ZLc开关谐波次数。

LCL滤波器的谐振频率公式推导出通常一般初选衰减比为20%左右。即可确定电感比值r.滤波电容Cf的确定在并网逆变器LCL滤波器设计中,电容产生的无功功率一般限制为不超过5%的系统额定功率。可得电容范围为谐振频率s的设计限制对于LCL滤波器,一般要求其滤波器的谐振频率设计在10倍基频和0.5倍开关频率之间,即有,10/nS/resS0.5/sw,fn为电网基频,fsw为逆变器开关频率。

3.2阻抗压降的确定根据可得变压器的阻抗压降为其中,L1+L2=La,由上述分析得出La=rLi. 4仿真及,第一条曲线为DVR补偿后的电网电压,第二条曲线为补偿变压器副边输出电压,第三条曲线为补偿后的电网电流,第四条曲线为电网变化曲线。从图中不难看出,在0.10.3s时的电网电压发生跌落,DVR能及时补偿电压,保证负载两端的电压稳定,从而保障了敏感负载的正常运行。0(a1)中滤波电感Li取3mH,滤波电容Cf取15垆,变压器漏感La取0.04mH.阻抗压降为0.19V,压降百分比为1%左右,补偿电压的谐波畸变率为16.34%,电网中的谐波畸变率THD为1.80%;0(a2)为电网电压跌落30%时,且其他参数不变的情况下的仿真波形图,补偿电压的谐波畸变率为5.71%,电网中的谐波畸变率为1.65%.从仿真结果分析可得,电网跌落电压较小时,补偿电压的谐波含量较高,但因为补偿电压在电网中所占比例较小,所以电网上的谐波畸变率也会较小。

0(b)中曲线1为电网电压曲线,值为220V,曲线2为电网跌落10%后的电压曲线,值为198V左右,0(c)为补偿变压器输出电压曲线,值为23.4 V左右,跌落后电网电压与补偿电压叠加后,保证了负载两端电压在额定工作电压220V左右,可见此方法设计的滤波电感和变压器漏电感有较好的实际效果。

5结论从滤波电路的滤波性能和变压器的经济性角度,提出了将变压器漏感与LC滤波电路组成LCL滤波电路,通过分析LCL滤波电路的稳定性、电流跟踪性和滤波性能,来设计滤波器和变压器的相关参数。经过仿真和实验结果验证了该方法的合理性。

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