電力系統(tǒng)保護(hù)與控制基于LCL濾波DVR補(bǔ)償變壓器漏抗的確定巫付專，侯婷婷，韓梁（中原工學(xué)院，河南鄭州450007）波組成LCL濾波器。根據(jù)LCL濾波器的設(shè)計(jì)要求，來(lái)確定變壓器的漏抗及阻抗壓降的方法，并結(jié)合DVR的特點(diǎn)分析了LCL濾波器各參數(shù)的選取原則。根據(jù)上述方法對(duì)容量為30kVA的DVR進(jìn)行電壓跌落補(bǔ)償仿真和。它的工作原理為：首先檢測(cè)電網(wǎng)供電電壓然后通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)根據(jù)一定的補(bǔ)償策略生成指令信號(hào)控制逆變器的輸出，該補(bǔ)償電壓經(jīng)濾波器和串聯(lián)補(bǔ)償變壓器疊加到負(fù)載Zf的輸入電壓Mf上，從而可以動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償電網(wǎng)跌落的電壓。
2補(bǔ)償變壓器等效實(shí)際串聯(lián)變壓器等效電路如所示。中，為串聯(lián)變壓器副邊輸出電壓；Ms為電源電壓；Ul為負(fù)載電壓；Uc為串聯(lián)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(cè)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(cè)的副邊電流；/m為變壓器勵(lì)磁電流；及為歸算過(guò)的敏感負(fù)載阻抗。由于勵(lì)磁阻抗較大可以忽略，則變壓器的簡(jiǎn)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(cè)，故可認(rèn)為L(zhǎng)C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L(zhǎng)CL濾波器的網(wǎng)側(cè)濾波電感忍（見(jiàn)），與厶，Cf組成LCL濾波器。其基本原理是忍和￡對(duì)電流含有的高頻開(kāi)關(guān)紋波進(jìn)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(wǎng)電流）的高頻含量。
3.1LCL濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)通常電感上電阻的風(fēng)、成、褚較小，為了分析方便可忽略。簡(jiǎn)化為所示。
LCL濾波器簡(jiǎn)化等效模型圖從控制要求分析，LCL濾波器參數(shù)的選取主要可以從以下三個(gè)方面考慮：滿足有功功率和無(wú)功功率控制的要求；滿足諧波電流指標(biāo)的要求；滿足電流跟蹤的要求。
（L+Za）的設(shè)計(jì)在穩(wěn)態(tài)條件下，從逆變器輸出有功（無(wú)功）功率的能力來(lái)考慮，LCL逆變器的總電感量（+ia）應(yīng)予以限制。在基波應(yīng)用中，對(duì)于基波電流，LCL濾波器的濾波電容相當(dāng)于開(kāi)路，電路可以簡(jiǎn)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(dāng)逆變器輸出電壓保持恒定，并網(wǎng)電壓值恒定，若選取合適的電感值和直流電壓參數(shù)，即可控制逆變器運(yùn)行在圓周的任意一點(diǎn)。若a，b，c，d將圓周分成四個(gè)圓弧段，在不同的圓弧段上時(shí)，逆變器具有不同的運(yùn)行狀態(tài)和不同的工作電流，對(duì)電感的設(shè)計(jì)要求也不盡相同。當(dāng)電感的設(shè)計(jì)滿足C點(diǎn)運(yùn)行條件時(shí)，電感上限值最??；而滿足A點(diǎn)運(yùn)行條件時(shí)，電感上限值最大。設(shè)計(jì)電感上限值時(shí)，要滿足工作狀態(tài)最嚴(yán)重的情況，即工作在C點(diǎn)時(shí)的情況。
根據(jù)電流紋波含量的要求設(shè)計(jì)橋臂側(cè)電感實(shí)際中，橋臂側(cè)的電感電流是隨著開(kāi)關(guān)周期而脈動(dòng)的，為了將電感電流的紋波限制在一定范圍內(nèi)，需要分析逆變器輸出單個(gè)工頻周期內(nèi)電感電流紋波的變化規(guī)律?？衫媚孀兤鲉蝹€(gè)輸出工頻周期中不同時(shí)刻的瞬態(tài)電感電流的數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)分析和求取電流紋波變化規(guī)律，并從中獲得最大的電感電流紋波值，進(jìn)而能夠得到橋臂側(cè)電感值的最大下限值。
電流紋波的變化規(guī)律如式（4），艮即若開(kāi)關(guān)頻率一定，當(dāng)/ud.比值不同時(shí)，基波電流峰值和過(guò)零處的電流紋波變化規(guī)律如所示。
當(dāng)7抑。=0.5時(shí)，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(guī)律根據(jù)上述結(jié)論和逆變器橋臂側(cè)電流控制中對(duì)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(shè)計(jì)相應(yīng)的電感值，即2中因變壓器的漏抗值較小，可認(rèn)為L(zhǎng)k=Li，綜合濾波性能的靜動(dòng)態(tài)要求可得出橋臂側(cè)電感的范圍為考慮電感的成本，設(shè)計(jì)電感值時(shí)應(yīng)盡量的?。豢紤]設(shè)計(jì)誤差，電感的取值應(yīng)留一定的裕量。
兩個(gè)電感比值r的確定為h次開(kāi)關(guān)頻率諧波電流下的等效單相LCL濾波器結(jié)構(gòu)，在高頻逆變狀態(tài)，并網(wǎng)逆變器是一個(gè)諧波發(fā)生器，網(wǎng)側(cè)相當(dāng)于短路。由諾頓定理可知，并網(wǎng)逆變器橋臂側(cè)可以用一個(gè)電流源與電感Li并聯(lián)等效。
定義逆變器側(cè)諧波電流到網(wǎng)側(cè)諧波電流i1的衰減比a為其中ZLc開(kāi)關(guān)諧波次數(shù)。
LCL濾波器的諧振頻率公式推導(dǎo)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(wǎng)逆變器LCL濾波器設(shè)計(jì)中，電容產(chǎn)生的無(wú)功功率一般限制為不超過(guò)5%的系統(tǒng)額定功率。可得電容范圍為諧振頻率s的設(shè)計(jì)限制對(duì)于LCL濾波器，一般要求其濾波器的諧振頻率設(shè)計(jì)在10倍基頻和0.5倍開(kāi)關(guān)頻率之間，即有，10/nS/resS0.5/sw，fn為電網(wǎng)基頻，fsw為逆變器開(kāi)關(guān)頻率。
3.2阻抗壓降的確定根據(jù)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(bǔ)償后的電網(wǎng)電壓，第二條曲線為補(bǔ)償變壓器副邊輸出電壓，第三條曲線為補(bǔ)償后的電網(wǎng)電流，第四條曲線為電網(wǎng)變化曲線。從圖中不難看出，在0.10.3s時(shí)的電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落，DVR能及時(shí)補(bǔ)償電壓，保證負(fù)載兩端的電壓穩(wěn)定，從而保障了敏感負(fù)載的正常運(yùn)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(bǔ)償電壓的諧波畸變率為16.34%，電網(wǎng)中的諧波畸變率THD為1.80%；0（a2）為電網(wǎng)電壓跌落30%時(shí)，且其他參數(shù)不變的情況下的仿真波形圖，補(bǔ)償電壓的諧波畸變率為5.71%，電網(wǎng)中的諧波畸變率為1.65%.從仿真結(jié)果分析可得，電網(wǎng)跌落電壓較小時(shí)，補(bǔ)償電壓的諧波含量較高，但因?yàn)檠a(bǔ)償電壓在電網(wǎng)中所占比例較小，所以電網(wǎng)上的諧波畸變率也會(huì)較小。
0（b）中曲線1為電網(wǎng)電壓曲線，值為220V，曲線2為電網(wǎng)跌落10%后的電壓曲線，值為198V左右，0（c）為補(bǔ)償變壓器輸出電壓曲線，值為23.4 V左右，跌落后電網(wǎng)電壓與補(bǔ)償電壓疊加后，保證了負(fù)載兩端電壓在額定工作電壓220V左右，可見(jiàn)此方法設(shè)計(jì)的濾波電感和變壓器漏電感有較好的實(shí)際效果。
5結(jié)論從濾波電路的濾波性能和變壓器的經(jīng)濟(jì)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(guò)分析LCL濾波電路的穩(wěn)定性、電流跟蹤性和濾波性能，來(lái)設(shè)計(jì)濾波器和變壓器的相關(guān)參數(shù)。經(jīng)過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的合理性。
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