《现代电子技术》2006年第16期总第231期 新型元器件
并联逆变器输出滤波器的分析和改进
冯建周,王晓寰
(燕山大学 河北秦皇岛 066004)
摘 要:简述了输出滤波器在逆变器并联中的作用,对传统LC输出滤波器在逆变器并联中存在的问题进行了分析,并提出了改进的非对称T型滤波器。改进的滤波器在逆变器并联的环流抑制和控制量的选择等方面优于LC输出滤波器。理论分析和仿真结果证明提出的输出滤波器改进方法简单而有效,,。
关键词:并联;逆变器;输出滤波器;环流抑制
中图分类号:TM91 文献标识码:B ()16AnalysisinParallelInverters
G,WANGXiaohuan
(University,Qinhuangdao,066004,China)
Abstract:Thispaperdescribesthefunctiononoutputfilterinparallelinverters,theproblemshavebeenanalyzedinthetraditionalfilters.Thenthenon
symmetryT
networkfilterisproposed,beingsuperiortotheLCfilterontheaspectofre2
strainingcirculatingcurrent.Theoryanalysisandthesimulationresultshaveverifiedthisimprovedmethodinoutputfilterissimplyandefficiency,theexperimentalresultsshowtheeffective.
Keywords:parallel;inverters;outputfilter;circulatingcurrentrestraint
1 引 言
逆变电源并联技术是提高逆变电源运行的可靠性和扩大供电容量的重要技术手段之一。为了减小逆变器输出电流的波动,实际电路中一般都采用LC输出滤波器
(即Г型滤波器)进行滤波。但是,Г型滤波器还存在着以
波形,同时控制量的选取范围增大,可以直接选取输出电感上的电流参数作为控制变量,即逆变器的输出电流,更有利于系统的控制,但是存在着系统功率因数较低和整机
功率密度较小等问题。根据非对称T型滤波器的传递函数进行特性分析:
G(s)=
32
s+L1Cs+s+1RR
下几点问题[1]:负载电流脉动过大;控制变量的选择受到限制;靠近通带附近的阻带衰减不够大。尤其是在逆变器并联电路中,电流的脉动直接影响负载的均分。因此,本文在逆变器并联电路中应用了LCL(即T型滤波器),分析了2种滤波器在相同参数条件下的环流情况,理论分析和仿真证明了T型滤波器解决了Г型滤波器存在的问题,并在逆变器并联中能够起到一定的抑制环流的作用。2 改进的输出滤波器LCL滤波器与传统LC滤波器
图1 非对称T型滤波器结构图
这个传递函数属于三阶函数,有2个转折频率,而低通滤波器一般只需要1个转折频率,若
νL1C,即R
的比较
非对称T型滤波器中的非对称就是指滤波器中的
2个电感值是不同的,即L1≠L2,如图1所示。
当L2/Rν1,L2νR时,三阶可忽略不计,转折频率近似按照二阶系统计算:
ωc=
G(s)=
L1Cs+
2
1C
将非对称T型滤波器用于PWM逆变电源中,证明这种滤波器明显改善了逆变输出电压波形及负载上的电流
收稿日期:20060224
基金资助:国家自然科学基金重点项目资助(50237020)
s+1R
根据转折频率相等设计的2种滤波器,应用Matlab画出相应的波特图。LC滤波器的波特图如图2所示,
23
仪器与仪表冯建周等:并联逆变器输出滤波器的分析和改进
I2=
=IL2-IC2=-UC2jωC2(2
)
jωL22jωL21
LCL滤波器根据2个电感值的取值不同,波特图也不同,
图3所示为选取L1=3.1mH,L2=0.3mH,C=4.7μF,
R=100Ω的波特图,图2所示为选取L1=0.3mH,L2=
3.1mH,C=4.7μF,R=100Ω
的波特图。
图5 应用非对称T型滤波器的逆变器并联
由式(1)推导得到:
O2
1-ωL12C1
L11
UC2(3)
图2 Г
(3)代入式(1)得:
2
(U1-UO)-ωL12C1UOI1=
2
-ωL12C1jωL121+L11
同理得:
2
(U2-UO)-ωL22C2UOI2=
2
-ωL22C2jωL221+L21
图3 T型滤波器波特图(L1>L2
)
定义环流IH=
2
,设:
L11=L21=L1,L12=L22=L2,C1=C2=C
则环流:
IH=
2
1+-ωL2L1
=
2
(L1+L2-ω2jωL1L2C)
2jωL1
应用Г型滤波器的逆变器并联的环流[2]为:
IH=
2jωL
在参数相同的条件下,即非对称T型滤波器中的L1
图4 T型滤波器波特图(L1>L2)
与Г型滤波器中的L相等,假设应用T型滤波器的环流小于Г型滤波器的环流,可以得到:
>2
2jωL2jω(L1+L2-ωL1L2C)
2
也就是说满足ωCL1
由以上波特图对比可以分析出LCL滤波器在输入电感L1>L2输出电感的情况下,转折频率处衰减率明显大于LC滤波器,解决了LC滤波器衰减频率不够大的问题。3 应用非对称T型滤波器的逆变器并联的环流分析
图5为应用非对称T型滤波器的逆变器并联结构图。根据电路图写出公式:
I1==IL1-IC1=-UC1jωC1(1)
jωL12jωL11
们的乘积远远小于1,所以假设是成立。结论就是应用T型滤波器的环流小于Г型滤波器的环流。其实,结论很容易理解,因为T型滤波器在Г型滤波器的基础上加了1个电感,一定程度上起到了抑制环流的作用。
24
《现代电子技术》2006年第16期总第231期4 仿真和实验
应用PSPICE14.0进行了单相逆变器并联仿真,图6是应用传统的Г型滤波器的两台逆变器并联的电流波形,纵轴为电流1A/div,时间轴0.05ms/div,可以看出存在环流,大小为0.5A。图6,图7为L1>L2时应用T型滤波器的电流波形,纵轴电流1A/div,时间轴0.1ms/div,环流
2.5A/div,时间轴0.1ms/div,环流
新型元器件
时间轴4ms/div。实验表明了改进方法的有效性和可
行性。
图8 T型滤波器L1
时的并联输出电流波形
分析表明,应用T型滤波器的两台逆变器并联的环流抑制性能优于采用Г型滤波器。
通过对逆变器输出滤波器的研究,可以清楚地分析出,度,降低谐波分量,
图9 逆变器并联输出电压
5 结 语
基于以上的理论推导和仿真验证,在逆变器并联中
LCL滤波器比LC滤波器更有效地抑制了环流,解决了负
图6 应用Г
型滤波器并联逆变器输出电流仿真
载电流波动过大及其控制量选择受到限制的问题。理论和仿真均证明了此种改进方法的有效性,实验也验证了改进方法的可行性。
参 考 文 献
[1]伍家驹.非对称T型滤波器的一种设计方法[D].中国电工
技术学会电力电子学会第九届学术年会论文集,2004:
图7 T型滤波器L1>L2时的并联输出电流波形
315318.
[2]陈宏,胡育文.逆变电源并联技术[J].电工技术学报,2002
(10):55
59.
两台基于电压电流双环控制逆变器并联系统采用了T型滤波器,其并联电压输出如图9所示,电压轴100V/div,
作者简介 冯建周 男,1978年出生,硕士研究生。研究方向为计算机仿真、并行计算等方面。
王晓寰 女,1980年出生,硕士,助教。研究方向为逆变电源控制技术。
(上接第22页)
[3]XieShaojun,FanYing,ZhouDake.ResearchonaNovelIn2
verterBasedonDC/DCConverterTopology[J].IEEE,2003:647
651.
[4]洪峰,刘军.滞环电流控制型双Buck逆变器[J].电工技术学
ControlofaBuck2000:180
185.
BoostDC
ACConverter[J].IEEE,
[7]JunLiu,YangguangYan.ANovelHysteresisCurrentCon2
trolledDualBuckHalfBridgeInverter[J].IEEE,2003,(4):16151620.
[8]NavidZargariR,PhoivosZiogasD,Gezajoos.ATwo
SwitchHigh
PerformanceCurrentRegulatedDC/ACCon2
589.
verterModule[J].IEEE,1995:583
9.
报,2004,19(8):7377,87.
[5]黄赋光,谢运祥,杨苹.新型Boost逆变器的积分滑模控制
[J].电力电子技术,2004,38(1):7
[6]RamonCacerse,RubenRojas,OscarCamacho.RobustPID
作者简介 马 军 男,1978年出生,硕士研究生。研究方向为网络器件与网络技术及其应用,电力电子。
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《现代电子技术》2006年第16期总第231期 新型元器件
并联逆变器输出滤波器的分析和改进
冯建周,王晓寰
(燕山大学 河北秦皇岛 066004)
摘 要:简述了输出滤波器在逆变器并联中的作用,对传统LC输出滤波器在逆变器并联中存在的问题进行了分析,并提出了改进的非对称T型滤波器。改进的滤波器在逆变器并联的环流抑制和控制量的选择等方面优于LC输出滤波器。理论分析和仿真结果证明提出的输出滤波器改进方法简单而有效,,。
关键词:并联;逆变器;输出滤波器;环流抑制
中图分类号:TM91 文献标识码:B ()16AnalysisinParallelInverters
G,WANGXiaohuan
(University,Qinhuangdao,066004,China)
Abstract:Thispaperdescribesthefunctiononoutputfilterinparallelinverters,theproblemshavebeenanalyzedinthetraditionalfilters.Thenthenon
symmetryT
networkfilterisproposed,beingsuperiortotheLCfilterontheaspectofre2
strainingcirculatingcurrent.Theoryanalysisandthesimulationresultshaveverifiedthisimprovedmethodinoutputfilterissimplyandefficiency,theexperimentalresultsshowtheeffective.
Keywords:parallel;inverters;outputfilter;circulatingcurrentrestraint
1 引 言
逆变电源并联技术是提高逆变电源运行的可靠性和扩大供电容量的重要技术手段之一。为了减小逆变器输出电流的波动,实际电路中一般都采用LC输出滤波器
(即Г型滤波器)进行滤波。但是,Г型滤波器还存在着以
波形,同时控制量的选取范围增大,可以直接选取输出电感上的电流参数作为控制变量,即逆变器的输出电流,更有利于系统的控制,但是存在着系统功率因数较低和整机
功率密度较小等问题。根据非对称T型滤波器的传递函数进行特性分析:
G(s)=
32
s+L1Cs+s+1RR
下几点问题[1]:负载电流脉动过大;控制变量的选择受到限制;靠近通带附近的阻带衰减不够大。尤其是在逆变器并联电路中,电流的脉动直接影响负载的均分。因此,本文在逆变器并联电路中应用了LCL(即T型滤波器),分析了2种滤波器在相同参数条件下的环流情况,理论分析和仿真证明了T型滤波器解决了Г型滤波器存在的问题,并在逆变器并联中能够起到一定的抑制环流的作用。2 改进的输出滤波器LCL滤波器与传统LC滤波器
图1 非对称T型滤波器结构图
这个传递函数属于三阶函数,有2个转折频率,而低通滤波器一般只需要1个转折频率,若
νL1C,即R
的比较
非对称T型滤波器中的非对称就是指滤波器中的
2个电感值是不同的,即L1≠L2,如图1所示。
当L2/Rν1,L2νR时,三阶可忽略不计,转折频率近似按照二阶系统计算:
ωc=
G(s)=
L1Cs+
2
1C
将非对称T型滤波器用于PWM逆变电源中,证明这种滤波器明显改善了逆变输出电压波形及负载上的电流
收稿日期:20060224
基金资助:国家自然科学基金重点项目资助(50237020)
s+1R
根据转折频率相等设计的2种滤波器,应用Matlab画出相应的波特图。LC滤波器的波特图如图2所示,
23
仪器与仪表冯建周等:并联逆变器输出滤波器的分析和改进
I2=
=IL2-IC2=-UC2jωC2(2
)
jωL22jωL21
LCL滤波器根据2个电感值的取值不同,波特图也不同,
图3所示为选取L1=3.1mH,L2=0.3mH,C=4.7μF,
R=100Ω的波特图,图2所示为选取L1=0.3mH,L2=
3.1mH,C=4.7μF,R=100Ω
的波特图。
图5 应用非对称T型滤波器的逆变器并联
由式(1)推导得到:
O2
1-ωL12C1
L11
UC2(3)
图2 Г
(3)代入式(1)得:
2
(U1-UO)-ωL12C1UOI1=
2
-ωL12C1jωL121+L11
同理得:
2
(U2-UO)-ωL22C2UOI2=
2
-ωL22C2jωL221+L21
图3 T型滤波器波特图(L1>L2
)
定义环流IH=
2
,设:
L11=L21=L1,L12=L22=L2,C1=C2=C
则环流:
IH=
2
1+-ωL2L1
=
2
(L1+L2-ω2jωL1L2C)
2jωL1
应用Г型滤波器的逆变器并联的环流[2]为:
IH=
2jωL
在参数相同的条件下,即非对称T型滤波器中的L1
图4 T型滤波器波特图(L1>L2)
与Г型滤波器中的L相等,假设应用T型滤波器的环流小于Г型滤波器的环流,可以得到:
>2
2jωL2jω(L1+L2-ωL1L2C)
2
也就是说满足ωCL1
由以上波特图对比可以分析出LCL滤波器在输入电感L1>L2输出电感的情况下,转折频率处衰减率明显大于LC滤波器,解决了LC滤波器衰减频率不够大的问题。3 应用非对称T型滤波器的逆变器并联的环流分析
图5为应用非对称T型滤波器的逆变器并联结构图。根据电路图写出公式:
I1==IL1-IC1=-UC1jωC1(1)
jωL12jωL11
们的乘积远远小于1,所以假设是成立。结论就是应用T型滤波器的环流小于Г型滤波器的环流。其实,结论很容易理解,因为T型滤波器在Г型滤波器的基础上加了1个电感,一定程度上起到了抑制环流的作用。
24
《现代电子技术》2006年第16期总第231期4 仿真和实验
应用PSPICE14.0进行了单相逆变器并联仿真,图6是应用传统的Г型滤波器的两台逆变器并联的电流波形,纵轴为电流1A/div,时间轴0.05ms/div,可以看出存在环流,大小为0.5A。图6,图7为L1>L2时应用T型滤波器的电流波形,纵轴电流1A/div,时间轴0.1ms/div,环流
2.5A/div,时间轴0.1ms/div,环流
新型元器件
时间轴4ms/div。实验表明了改进方法的有效性和可
行性。
图8 T型滤波器L1
时的并联输出电流波形
分析表明,应用T型滤波器的两台逆变器并联的环流抑制性能优于采用Г型滤波器。
通过对逆变器输出滤波器的研究,可以清楚地分析出,度,降低谐波分量,
图9 逆变器并联输出电压
5 结 语
基于以上的理论推导和仿真验证,在逆变器并联中
LCL滤波器比LC滤波器更有效地抑制了环流,解决了负
图6 应用Г
型滤波器并联逆变器输出电流仿真
载电流波动过大及其控制量选择受到限制的问题。理论和仿真均证明了此种改进方法的有效性,实验也验证了改进方法的可行性。
参 考 文 献
[1]伍家驹.非对称T型滤波器的一种设计方法[D].中国电工
技术学会电力电子学会第九届学术年会论文集,2004:
图7 T型滤波器L1>L2时的并联输出电流波形
315318.
[2]陈宏,胡育文.逆变电源并联技术[J].电工技术学报,2002
(10):55
59.
两台基于电压电流双环控制逆变器并联系统采用了T型滤波器,其并联电压输出如图9所示,电压轴100V/div,
作者简介 冯建周 男,1978年出生,硕士研究生。研究方向为计算机仿真、并行计算等方面。
王晓寰 女,1980年出生,硕士,助教。研究方向为逆变电源控制技术。
(上接第22页)
[3]XieShaojun,FanYing,ZhouDake.ResearchonaNovelIn2
verterBasedonDC/DCConverterTopology[J].IEEE,2003:647
651.
[4]洪峰,刘军.滞环电流控制型双Buck逆变器[J].电工技术学
ControlofaBuck2000:180
185.
BoostDC
ACConverter[J].IEEE,
[7]JunLiu,YangguangYan.ANovelHysteresisCurrentCon2
trolledDualBuckHalfBridgeInverter[J].IEEE,2003,(4):16151620.
[8]NavidZargariR,PhoivosZiogasD,Gezajoos.ATwo
SwitchHigh
PerformanceCurrentRegulatedDC/ACCon2
589.
verterModule[J].IEEE,1995:583
9.
报,2004,19(8):7377,87.
[5]黄赋光,谢运祥,杨苹.新型Boost逆变器的积分滑模控制
[J].电力电子技术,2004,38(1):7
[6]RamonCacerse,RubenRojas,OscarCamacho.RobustPID
作者简介 马 军 男,1978年出生,硕士研究生。研究方向为网络器件与网络技术及其应用,电力电子。
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