電力系統(tǒng)保護(hù)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(xué)院，河南鄭州450007）波組成LCL濾波器。根據(jù)LCL濾波器的設(shè)計要求，來確定變壓器的漏抗及阻抗壓降的方法，并結(jié)合DVR的特點分析了LCL濾波器各參數(shù)的選取原則。根據(jù)上述方法對容量為30kVA的DVR進(jìn)行電壓跌落補償仿真和。它的工作原理為：首先檢測電網(wǎng)供電電壓然后通過數(shù)字信號處理系統(tǒng)根據(jù)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(jīng)濾波器和串聯(lián)補償變壓器疊加到負(fù)載Zf的輸入電壓Mf上，從而可以動態(tài)地補償電網(wǎng)跌落的電壓。

　　2補償變壓器等效實際串聯(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為變壓器勵磁電流；及為歸算過的敏感負(fù)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(cè)，故可認(rèn)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(wǎng)側(cè)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(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)計通常電感上電阻的風(fēng)、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(shù)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(biāo)的要求；滿足電流跟蹤的要求。

　?。↙+Za）的設(shè)計在穩(wěn)態(tài)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(yīng)予以限制。在基波應(yīng)用中，對于基波電流，LCL濾波器的濾波電容相當(dāng)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(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(tài)和不同的工作電流，對電感的設(shè)計要求也不盡相同。當(dāng)電感的設(shè)計滿足C點運行條件時，電感上限值比較?。欢鴿M足A點運行條件時，電感上限值比較大。設(shè)計電感上限值時，要滿足工作狀態(tài)比較嚴(yán)重的情況，即工作在C點時的情況。

　　根據(jù)電流紋波含量的要求設(shè)計橋臂側(cè)電感實際中，橋臂側(cè)的電感電流是隨著開關(guān)周期而脈動的，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工頻周期內(nèi)電感電流紋波的變化規(guī)律。可利用逆變器單個輸出工頻周期中不同時刻的瞬態(tài)電感電流的數(shù)學(xué)關(guān)系來分析和求取電流紋波變化規(guī)律，并從中獲得比較大的電感電流紋波值，進(jìn)而能夠得到橋臂側(cè)電感值的比較大下限值。

　　電流紋波的變化規(guī)律如式（4），艮即若開關(guān)頻率一定，當(dāng)/ud.比值不同時，基波電流峰值和過零處的電流紋波變化規(guī)律如所示。

　　當(dāng)7抑。=0.5時，電流紋波幅值比較大，且比較大值為式（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)電流控制中對比較，~r大電流紋波幅值aw的要求，可按照比較大電流紋波（11）幅值設(shè)計相應(yīng)的電感值，即2中因變壓器的漏抗值較小，可認(rèn)為Lk=Li，綜合濾波性能的靜動態(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)計電感值時應(yīng)盡量的小；考慮設(shè)計誤差，電感的取值應(yīng)留一定的裕量。

　　兩個電感比值r的確定為h次開關(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)計中，電容產(chǎn)生的無功功率一般限制為不超過5%的系統(tǒng)額定功率。可得電容范圍為諧振頻率s的設(shè)計限制對于LCL濾波器，一般要求其濾波器的諧振頻率設(shè)計在10倍基頻和0.5倍開關(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補償后的電網(wǎng)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(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時的電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落，DVR能及時補償電壓，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(wǎng)中的諧波畸變率THD為1.80%；0（a2）為電網(wǎng)電壓跌落30%時，且其他參數(shù)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(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，補償電壓的諧波含量較高，但因為補償電壓在電網(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，可見此方法設(shè)計的濾波電感和變壓器漏電感有較好的實際效果。

　　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，通過分析LCL濾波電路的穩(wěn)定性、電流跟蹤性和濾波性能，來設(shè)計濾波器和變壓器的相關(guān)參數(shù)。經(jīng)過仿真和實驗結(jié)果驗證了該方法的合理性。