本發(fā)明涉及儲能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于輔助環(huán)儲能系統(tǒng)的調(diào)諧濾波器設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

濾波器是一種能使有用信號順利通過而同時對無用頻率信號進(jìn)行抑制(或衰減)的電子裝置。

在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應(yīng)用極為廣泛，在所有的電子部件中，使用最多，技術(shù)最為復(fù)雜的要算濾波器了。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣及整個系統(tǒng)的性能。所以，對濾波器的研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。

基于輔助環(huán)儲能系統(tǒng)功率交換的調(diào)諧濾波器是針對基于輔助環(huán)的儲能系統(tǒng)設(shè)計的濾波器。調(diào)諧濾波器的存在是為了對輔助頻率分量形成一個低阻抗的諧振通路，同時對基波分量形成一個高阻支路。由于調(diào)諧濾波器為一諧振電路，在理想情況下，則只要該濾波器中的電感和電容值滿足諧振條件即可，但調(diào)諧濾波器在為輔助頻率分量提供低阻抗通路的同時，應(yīng)該能最大限度的抑制基波分量的存在，即對基波分量形成一個盡可能高的阻抗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了對輔助頻率分量形成一個低阻抗的諧振通路，對基波分量形成一個高阻支路，本發(fā)明提供一種基于輔助環(huán)儲能系統(tǒng)的調(diào)諧濾波器設(shè)計方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供的一種基于輔助環(huán)儲能系統(tǒng)的調(diào)諧濾波器設(shè)計方法，所述儲能系統(tǒng)包括一個或多個H橋模塊，所述調(diào)諧濾波器包括電感L_r、電容C_r及電阻R_r，所述電感L_r、電容C_r、電阻R_r串聯(lián)，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)令直流側(cè)電壓為V_c，令最大交換功率為P_emax，根據(jù)電阻R_r與V_c、P_emax的關(guān)系確定R_r，公式為：

$P_{emax}=\frac{V_c^2}{4R_r};$

(2)令諧振頻率為f_a，令諧振角頻率為ω_a，令基波頻率為f_m，令基波角頻率為ω_m，令基頻部分的損耗值為P_{loss_m}，令電感的下限值為L_{r_low}，令調(diào)諧濾波器在基波時的阻抗角根據(jù)基波的功率損耗值及公式，計算出所述電感的下限值L_{r_low}，公式為：

其中，M_h為H橋模塊中最大基波調(diào)制度，ω_m＝2πf_m，ω_a＝2πf_a；

(3)令電感的上限值為L_{r_high}，令電感偏移量為ΔL，令可接受的角度偏差為令調(diào)諧濾波器支路在輔助頻率部分的實際阻抗為Z_rr，根據(jù)ΔL與Z_rr、R_r、ω_a的關(guān)系計算ΔL，進(jìn)而根據(jù)所述L_{r_low}與ΔL計算電感的上限值L_{r_high}，公式為：

L_{r_high}＝L_{r_low}+ΔL；

(4)根據(jù)計算出的L_{r_low}和L_{r_high}，選擇L_r，使L_{r_low}≤L_r≤L_{r_high}，根據(jù)所述L_r計算電容C_r的值，公式為：

${\mathrm{\ω}}_a{L}_r=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_a{C}_r}.$

有益效果：本發(fā)明提供的一種基于輔助環(huán)儲能系統(tǒng)的調(diào)諧濾波器在為輔助頻率分量提供低阻抗通路的同時，最大限度的抑制基波分量的存在，即對基波分量形成一個高阻抗。

附圖說明

圖1是調(diào)諧濾波器的拓?fù)鋱D；

圖2是調(diào)諧濾波器組合一時的各電抗仿真圖；

圖3是調(diào)諧濾波器組合二時的各電抗仿真圖；

圖4是調(diào)諧濾波器選取兩種電感值時的調(diào)諧支路電流與總電流的電流比示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本實施例的帶輔助環(huán)儲能系統(tǒng)包括三個H橋模塊，調(diào)諧濾波器包括電感L_r、電容C_r和電阻R_r，所述電感L_r、電容C_r、電阻R_r串聯(lián)，如圖1所示，調(diào)諧濾波器是為了對輔助頻率分量形成一個低阻抗的諧振通路，同時對基波分量形成一個高阻支路。由于調(diào)諧濾波器為一諧振電路，在理想情況下，則只要該濾波器中的電感和電容值滿足諧振條件即可，但調(diào)諧濾波器在為輔助頻率分量提供低阻抗通路的同時，應(yīng)該能最大限度的抑制基波分量的存在，即對基波分量形成一個盡可能高的阻抗。

(1)令直流側(cè)電壓為V_c，令最大交換功率為P_emax，根據(jù)電阻R_r與V_c、P_emax的關(guān)系確定R_r，公式為：

$P_{emax}=\frac{V_c^2}{4R_r};$

(2)對角頻率任意ω，調(diào)諧濾波器支路的阻抗值可以表示為：

$Z_r=R_r+{\mathrm{jL}}_r(\mathrm{\ω}-\frac{{\mathrm{\ω}}_a^2}{\mathrm{\ω}})$

其中，ω_a＝2πf_a為諧振角頻率。

因為調(diào)諧濾波電路中的電阻R_r相對電抗來說很小，因而從上可知，調(diào)諧濾波器支路的阻抗值主要由其電感值決定，并且該支路在基波頻率和輔助頻率時的阻抗都隨著電感值L_r的增大而增大。

令諧振頻率為f_a，令諧振角頻率為ω_a，令基波頻率為f_m，令基波角頻率為ω_m，令基頻部分的損耗值為P_{loss_m}，令電感的下限值為L_{r_low}，令調(diào)諧濾波器在基波時的阻抗角根據(jù)基波的功率損耗值及公式，計算出所述電感的下限值L_{r_low}，公式為：

其中，M_h為三個H橋模塊中最大基波調(diào)制度，ω_m＝2πf_m，ω_a＝2πf_a；

如果僅僅從調(diào)諧濾波器支路在基波部分的損耗來考慮，則其電感值L_r越大，其損耗越小。

為了分析調(diào)諧濾波器中不同電感值對整個電路阻抗和電流的影響，選取兩種不同的調(diào)諧濾波器參數(shù)，并對其仿真結(jié)果進(jìn)行比較，兩種參數(shù)如下表所示：

仿真結(jié)果如圖2至4所示。

從圖4可知，調(diào)諧濾波器在小電容的情況下電流比的方差明顯小于大電容時的情況。所以選擇小電容有利于兼顧調(diào)諧和LC濾波器濾波功能的實現(xiàn)。

但是另一方面，諧振電路的品質(zhì)因數(shù)且諧振支路電感和電容兩端的電壓有如下關(guān)系：U_L(jω)＝U_C(jω)＝QU_i(jω)，也即當(dāng)調(diào)諧濾波器中電容越小，電感越大時，品質(zhì)因數(shù)越高，此時電感電容兩端將出現(xiàn)比U_i高出Q倍的過電壓。

(3)同時，從另一個方面考慮，在實際使用的電感電容器必定存在一定的誤差，且會隨著外界環(huán)境(如使用溫度等)的改變，具體參數(shù)也會存在一定的偏移，上述誤差的存在，必定會對調(diào)諧濾波器的正確工作造成一定的影響。

令電感的上限值為L_{r_high}，令電感偏移量為ΔL，令可接受的角度偏差為令調(diào)諧濾波器支路在輔助頻率部分的實際阻抗為Z_rr，根據(jù)ΔL與Z_rr、R_r、ω_a的關(guān)系計算ΔL，進(jìn)而根據(jù)所述L_{r_low}與ΔL計算電感的上限值L_{r_high}，公式為：

L_{r_high}＝L_{r_low}+ΔL；

調(diào)諧濾波器支路的電流可表示為

為儲能變換單元的等效輸出輔助頻率電壓的相角，V_ah＝V_c，

從上式可知，諧振電感的偏移會導(dǎo)致輔助頻率電流的相位偏移并且其幅值也會相應(yīng)的減小。從而，三個H橋模塊直流側(cè)電源E₁～E₃交換的功率也將偏移理論值，甚至可能完全背離所需要交換的設(shè)計目標(biāo)。例如，第三個H橋模塊直流側(cè)電源E₃輸出的有功功率可能從0～P₃。其中P₃為

當(dāng)調(diào)諧濾波器的電感值偏移量為±2％時，可以通過減小電感L_r或者增加電阻值R_r來最小化。R_r決定了交換功率的大小，SOC均衡速度和功率損耗。R_r的增加將會削弱SOC均衡控制運行和效率。而與此同時，減小電感L_r將會增加調(diào)諧濾波器支路中的基頻分量。該支路中基頻電壓和電流的增加同樣會影響整個系統(tǒng)的運行效率。因而，調(diào)諧濾波器支路中的電感和電阻的設(shè)計應(yīng)該綜合考慮系統(tǒng)的控制精度和整個系統(tǒng)的損耗。

(4)最后根據(jù)計算出的L_{r_low}和L_{r_high}，選擇L_r，使L_{r_low}≤L_r≤L_{r_high}，根據(jù)所述L_r計算電容C_r的值，公式為：

${\mathrm{\ω}}_a{L}_r=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_a{C}_r}.$

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和有益效果和實施方案。本發(fā)明是基于輔助環(huán)儲能系統(tǒng)功率交換的調(diào)諧濾波器的設(shè)計方法，對于其他類似濾波器的設(shè)計方法也屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。