LCL Filter Parameter and Hardware Design Methodology for Minimum Volume Considering Capacitor Lifetimes

Abstract

A design methodology for minimum volume of LCL filters applied to grid connected converters is proposed. It combines the determination of filter parameter values (inductances and capacitances) to hardware design (component technology and inductor construction). Using the proposed strategy, different combinations of L-C-L that meet standard restrictions are determined. The influence of the harmonic content that results from filter design is considered in order to estimate component losses, and filter and bus capacitor lifetimes. Results are presented for filters that lead to the smallest volume, highest capacitor lifetime, or a compromise between both. A case study with three different magnetic material technologies and two types of capacitors is done. The design methodology is experimentally validated for a 1 kW converter. Step-by-step procedures for the determination of filter parameters and inductor hardware design are provided.

Projeto de Filtro LC para Volume Mínimo Considerando as Perdas no Conversor e os Tempos de Vida dos Capacitores Aplicado a uma UPS de Dupla Conversão

“…Em [21] uma metodologia de projeto de filtro LCL para volume mínimo considerando a vida útil dos capacitores do filtros e do barramento CC é apresentada. Usando um conversor trifásico de quatro fios como estudo de caso, três materiais magnéticos são considerados em uma análise comparativa: aço silício de grão não orientado, ferrite 3C92 e Kool Mµ.…”

“…Os indutores são projetados seguindo o passo-a-passo apresentado em [21]. Três tecnologias de núcleo magnético são consideradas para o projeto de L o : aço silício de grão não orientado (GNO) [29], que oferece alta densidade de fluxo magnético (1,5 T) a baixo custo; pó de ferro Kool Mµ [30], caracterizado por densidade de fluxo magnético relativamente alta (0,9 T) e menores perdas no núcleo em comparação com o aço silício; e ferrite 3C92 [31], com as menores perdas magnéticas dentre as três tecnologias, mas também a menor densidade de fluxo (0,35 T).…”

“…Empregando esta estratégia de projeto, o projeto do indutor é limitado pelo aumento de temperatura, resultante das perdas nos enrolamentos e no núcleo [21]. Como a metodologia de projeto busca minimizar o tamanho do indutor, minimizar as perdas também é necessário para limitar o aumento da temperatura.…”

Collaborative Control Strategy of Power Quality Based on Residual Capacity of Photovoltaic Inverter

“…For this study, an LCL filter was chosen as the photovoltaic grid-connected filter [29][30][31], which has a simple structure, easy control, and better filtering performance and high-frequency harmonic attenuation. The LCL-type filter topology is shown in Figure 1.…”

Comparative Analysis of Modulation Techniques on the Losses and Thermal Limits of Uninterruptible Power Supply Systems

“…In the event of an AC grid failure, the system immediately switches to backup mode [ 16 , 17 ]. With the AC–DC input stage, there is the possibility of the implementing power factor correction [ 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 ].…”