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为什么大型逆变系统交流侧经常用一阶L滤波器

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逆变系统交流侧有源滤波有多种形式,但是为什么在文献中看到大型逆变系统经常只采用一阶L滤波器?用高阶滤波(比如:LCL滤波)效果不是更好吗?

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刘小康·60.00

2017-01-02提问

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对于大容量逆变器,LCL滤波器中滤波电容本身取值很大,要发出不少无功。为了保证功率因数,通常是在算法里补偿掉。对于单L型则不存在这个问题。

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  阿炳·140.00

2017-01-11回答

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(1) 首先,从研究的角度来说,在最近几年的研究文献来看,研究单L滤波器的文献应该很少了,因为单L滤波器很稳定,可研究的内容较少;而对于LCL滤波器,研究范围就多了,包括LCL谐振峰的抑制(包含有源无源阻尼的方法)、LCL的参数设计、控前后两个电感电流的稳定性比较、弱电网下(考虑电网阻抗影响)的稳定性问题等等,本人先前对这方面的论文有过整理,从10年到现在确实研究很热。正因为运用LCL滤波器有稳定性方面的问题,所以有很多学者在做相关研究。

(2) 再从工业应用角度来讲,本人先前做了两个有关电能质量的项目,其中一个项目做了不同功率等级:150/200/300/400kVA低压(380V)SVG,用的就是LCL滤波器;另一个项目做了中压10KV SVG,用的是单L滤波器。不知道题主对SVG是否有所了解,其实跟逆变器差不多,就是多个无功补偿的功能,校正电网的功率因素用的。对于我做的两个项目中的滤波器选取,低压380V SVG,用的是最简单的三相全桥拓扑,如果用单L滤波器,考虑到输出电流THD,滤波器体积就会比较大,举个例子,400kVA SVG满载输出电流600A的电流,我最后用的LCL滤波器,L取值几百uH,体积就很大了,如果要达到相同滤波效果,用单L滤波器,那体积成本就高好多了。这里可以补充一点,对于一台SVG设备,很大一部分成本都是在滤波器上的。因此,许多公司对于低压大电流的产品,包括光伏逆变器,SVG等,已经应用LCL滤波器了。再说中压10KV SVG,我做的容量比较小1MVA,算下来电流有效值满载50A左右。还是先从拓扑考虑滤波器选取,中压SVG用的是级联H桥拓扑(很多论文对这拓扑都有描述,多电平、易于模块化啥的优点),由于最后桥臂输出多电平,用单L情况下输出电感电流THD也不会太高,再者输出电流不大,因此单L基本可以满足要求。另外,我个人觉得在中压10kV这种电压场合,可靠性确实需要特别注意。前面也说了LCL滤波器很容易谐振,就算用有源阻尼抑制了谐振峰,如果输电线过长电网阻抗发生变化,也很容易使得有源阻尼失效,触发保护或者发生危险。从保护的角度来说,中压设备的保护会麻烦很多,各种进线柜馈线柜跳保护。。而低压设备,我在项目里还设置了保护后可以重启,相当方便

(3) 总结一下就是说,有些学术上认为好的东西推广到工业界确实还需要经过更苛刻的考量;考虑滤波器的选择,要从电压电流功率定额、拓扑等方面综合去考量。。

希望解答对题主有所帮助

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  Powerelec·80.00

2017-01-03回答

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我的感觉是你说的那些应该是比较成熟的设备,一般来说成熟的设备都是时间比较长的积累下来的,也就是说他们的技术相对落后,现在的LCL滤波器研究的已经没有什么问题了,但是改变现有滤波器的结构可能产品就要重新设计,整体系统可能都要随着改变,而LCL滤波器的优点是节省硬件成本,也能一定程度上减小体积,但也增加了一些软件的费用,就目前的厂家来看,现有的设备大型设备可能利润没有那么薄,而改成LCL滤波器后对成本的降低不是那么明显,而且变成LCL滤波器后如果采用无源阻尼势必增加损耗,采用有源阻尼就要改原来的控制系统,没有特别强的利益驱动就不会有特别快的改进。总体来说就是一句话,前途是光面的,道路是曲折的。

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  李宁·170.00

2017-01-03回答

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1. L是一阶的,只有零点,没有极点,所以不会存在稳不稳定的问题,换句话说不管PI参数如何选择,那么系统一定是稳定的,在大型系统中稳定是最重要的指标。

2.LCL滤波效果很好,但是也有谐振点,会引起系统的振荡。为了抑制振荡加入阻尼,又会带来发热和效率的问题。

3.电网是很复杂的系统,即使你能保证变流器输出谐波很小,但是也不能避免会带来其它的问题,例如多变流器直接相互影响。

4.在电网中,一般都是高电压,那么电流相对就是很小了,有谐波电流也影响不大。

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  rainbowII·190.00

2017-01-02回答

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有过一定的电力电子工程经验,研究方向是并网逆变器,从我自身的研究角度来回答你的这个问题。

首先,前提是LCL滤波器的滤波效果是优于L滤波器的,尤其对于开关次的高频谐波。LCL滤波器对高频谐波的衰减是-60dB,L滤波器只有-20dB;而且从成本上来讲的话,LCL滤波器虽然多了一个电容,但是相比L滤波器在达到相同滤波效果的时候,电感要小很多。电容的体积一般不大,电感的体积较大,从功率密度和成本来讲,LCL滤波器也具有明显的优势。

但是,LCL滤波器有致命的缺点,两个电感和一个电容引入的谐振峰问题,最终导致的输出电流谐振放大,乃至震荡失稳。可以说,不加抑制的话,采用LCL滤波器的逆变系统都有谐振峰导致失稳的控制问题。解决谐振问题有两个方法,一是加电阻阻尼,二是控制方法抑制,分别称为无源和有源阻尼方法。无源阻尼简单,成本低,但是电阻发热太严重了,功率损耗大;有源阻尼没有功率损耗,但是控制复杂。我在工程中遇到的都是采用的第一种方法,工程应用中讲究的是稳定,实用,牺牲一些效率换取稳定性。还有一点是,LCL滤波器的参数选择也是一个难题,不同的场合需要,需要不同的参数设计,比较复杂。

在以上的背景下,再来回答问题,为什么大型逆变系统都用一阶L滤波器。因为L滤波器不存在稳定性问题,没有谐振。对于高频谐波滤除效果并不要求太高,且体积也无太高要求的场合下,就会采用L滤波器而不是LCL滤波器或者更高阶的滤波器。

最后从一个研究者的角度出发,效果更好的LCL滤波器是一种趋势,现在也有大量的文献和学者在致力于研究稳定性高,设计简单的LCL滤波器控制方法。

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  一个一哥·0.00

2017-01-02回答

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利用R、L、C所组成的滤波电路称作无源滤波器,它有很多的缺点。其中的电感L本身具有电阻与电容,使得输出结果会偏离理想值,而且会消耗电能。若只利用R、C再附加放大器则形成主动滤波器,它有很多的优点,例如:不使用电感使得输出值趋近理想值;在带通范围能提高增益,减少损失;用放大器隔离输出、入端,使之可以使用多级串联。 
 
1、一阶低通滤波器(一节RC网路) 
截止频率:
 
频率低于时→电压增益
 
频率高于时→衰减斜率:每10倍频率20dB
 
         
 
           图1 电路组成                              图2  响应曲线
 
          
 
 
所谓低通滤波器(LPS:low pass filter)是允许低频讯号通过,而不允许高频讯号通过的滤波器。图3所示是RC低通滤波电路,其电压回路公式:
 
 
其增益
 
可得实际增益为

增益值是频率的函数,在低频区ω极小, RωC << 1,AV) = 1讯号可通;在高频区ω极大, RωC >> 1,AV(ω) = 0信号不通。 RωC = 1时是通与不通的临界点,此时的频率定义为截止频率:。图4所示RC低通滤波电路的增益随频率的变化是缓慢的,故其不是一个好的滤波电路。图5所示是低通有源滤波器,它的增益显示在图6。低通有源滤波器在低频区的增益为:
VO/VI=(R1+R2)/R2

其推导如下:在低频区RC串联之电位降都在电容,故Vin = VC = Vp。见图5,因负回馈,电路在线性工作区,于是我们有关系式:,可知电容C之电位降与电阻R2之电位降相同,又流过R1与R2之电流相同均为I,故得到838电子
 
在高频区RC串联之电位降都在电阻,故VC = V= 0。因负回馈,电路在线性工作区,于是有关系式:,得到R2之电位降为0,I = 0,V0 = 0
 

           图3 RC低通无源滤波电路

 图4 RC低通滤波电路之输出讯号振幅与频率的关系

                  图5 低通有源滤波器

               图6 低通主动滤波器增益

          图7 理想的低通滤波器增益

逆变系统交流侧有源滤波有多种形式,但是为什么在文献中看到大型逆变系统经常采用一阶L滤波器,这是因为已经可以达到波形参数要求。用高阶滤波(比如:LCL滤波)效果理论上是更好,但是这样会增加结构的复杂程度,成本也会增大,但是效果并不能够提高多少,所以,结合实际,一般直接采用一阶L滤波器即可达到要求。

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  滴答·110.00

2017-01-02回答

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不知楼主所说的大型逆变系统只多大。本人所在实验室,以前做过 500kW的变流器用的就是LCL滤波器。至于交流测电压再高,比如10kv,功率再大,比如1MW,这个时候我们考虑的不仅仅是滤波效果,还有可靠性,成本等。LCL滤波效果确实好,但是再这些场合可靠性就是问题。高压下,LCL的C选择,层本,可靠性是问题。此外,为了保证,变流器短路时,出故障是,变流器的电流不会变化率不会太大,以变及时可靠地保护,L通常取得比较大,几十mH。这时候滤波效果完全没问题,所以大多采用L滤波器。

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  Dolorliu·10.00

2017-01-02回答

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