功率半导体开关器件技术的进步,促进了电力电子变流装置技术的迅速发展,出现了以脉宽调制(pwm)控制为基础的各类变流装置,比如逆变电源,变频器等各类变流器,并且这些变流器已经在全国的各个领域中得到了广泛的应用。三相电压型pwm整流器具有着电能双向传输,较快的动态控制响应,网侧电流为正弦,网侧功率因数控制等优点,从而得到广泛关注且应用于许多领域。
当前的pwm整流器采用的功率开关器件多是igbt,就可以实现很高的开关频率,一般开关频率为2khz~15khz。然而功率开关器件的高开通关断频率却会产生高次谐波,注入到电网中,产生谐波污染,这将对电网上的其他电磁敏感的设备产生干扰。所以我们就需要在电网和变流器之间接上谐波滤波器。
通常谐波滤波器采用的是电感滤波,既l滤波。但是在上千瓦的整流应用中,要想得到满意的滤波效果,就需要很大的电感值,从而花费过高成本,电感体积太大;并且大电感还将使得系统的动态响应变差。为了解决l滤波器所碰到的难题,我们一般选择lcl滤波器。lcl滤波器可以选取较小的电感电容值,在千瓦至上百千瓦间实现满意的滤波效果。
风电变流器网侧变换器实际上是一个三相电压型pwm变换器。变换器设计中交流侧电感的设计至关重要。电感一方面作为储能元件,使三相电压型pwm变换器具有boost特性;另一方面电感可以对变换器输出电压里富含的开关谐波起到滤波作用。电压型pwm变换器典型结构中,通常仅采用电感作为滤波器。为了实现对开关谐波更好的滤波效果,要求增加电感值。然而电感值的增加导致系统动态性能降低,并且随着变换器功率的增加,电感的体积和造价也随之迅速增加,这限制了其在大功率场合的应用。相比之下,lcl滤波器可以在较小总电感条件下实现同样滤波效果,体积小,造价低,动态性能大大改善。近几年,lcl滤波器以其优越的性能得到了广泛的研究和大量应用。