一種無源電力濾波器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種無源電力濾波器，包括依次串聯(lián)連接的電抗器L1和電容器C1，電抗器L1的非串聯(lián)連接端用于與電力系統(tǒng)連接，電容器C1的非串聯(lián)連接端用于與負(fù)載或微網(wǎng)連接。電抗器L1和電容器C1對于供電系統(tǒng)的基波串聯(lián)諧振，即ωL1=1/(ωC1)。電抗器L1和電容器C1一起構(gòu)成了LC串聯(lián)諧振的無源電力濾波器，該無源電力濾波器串聯(lián)在電力系統(tǒng)(包括艦船、航天系統(tǒng)和高低頻的供電系統(tǒng))和諧波負(fù)載、電力系統(tǒng)和微網(wǎng)(或者分布式電源)中間，對基波呈現(xiàn)極低阻抗、對諧波呈現(xiàn)較高阻抗的電路，起隔離諧波的作用。本實(shí)用新型可以應(yīng)用到高低壓單相系統(tǒng)、三相系統(tǒng)、三相四線制或者多相系統(tǒng)中。也可以用于基波頻率為工頻，中頻和高頻的供電系統(tǒng)。
【專利說明】一種無源電力濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力濾波【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種單獨(dú)使用的LC串聯(lián)無源電力濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]電力電子變換裝置是目前電力系統(tǒng)中最主要的諧波源，電力電子類諧波源根據(jù)其特性分為電壓型諧波源和電流型諧波源。整流橋后面串聯(lián)大平波電抗器來濾波的整流裝置一般被當(dāng)作電流型諧波源。整流橋后面并聯(lián)一個大濾波電容器的整流裝置一般被當(dāng)作電壓型諧波源。實(shí)際場合中諧波源的特性可能介于電壓型諧波源和電流型諧波源之間，如整流橋后面先串聯(lián)一個電感后再并聯(lián)一個大濾波電容器的整流裝置或者負(fù)載本身包含多種諧波源的系統(tǒng)，這樣的諧波源可以定義為混合型諧波源。
[0003]受諧波源和系統(tǒng)阻抗的影響，和諧波源并聯(lián)的母線和更高電壓等級的母線上可能含有一定的背景諧波。新能源接入電網(wǎng)所采用的逆變器也會產(chǎn)生背景諧波，傳統(tǒng)電網(wǎng)和分布式電源及微網(wǎng)系統(tǒng)的諧波滲透率越來越高。
[0004]加裝電力濾波器是解決電力系統(tǒng)諧波的有效方法之一，電力濾波器一般分為無源電力濾波器和有源電力濾波器。無源電力濾波器又分為傳統(tǒng)的并聯(lián)無源電力濾波器和串聯(lián)無源電力濾波器。傳統(tǒng)的無源電力濾波器特指由電力電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成的濾波裝置，是一種并聯(lián)無源電力濾波器，其典型的代表就是單調(diào)諧LC濾波器。該傳統(tǒng)并聯(lián)無源電力濾波器是目前使用最為廣泛和成熟的諧波抑制手段。串聯(lián)無源電力濾波器國際上研究較多的是采用LC并聯(lián)諧振的串聯(lián)無源電力濾波器，代表性的論文為:F.Z.Peng,Gu1-Jia Su, G Farquharson.A series LC filter for harmonic compensation of ACdrives,PESC99.30th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference,vol.1,PP.213-218，1999。這種采用LC并聯(lián)諧振的串聯(lián)無源電力濾波器是傳統(tǒng)并聯(lián)無源電力濾波器的對偶方式，所以為了隔離諧波要串聯(lián)多個基于LC并聯(lián)諧振的無源電力濾波器，系統(tǒng)比較復(fù)雜。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型的目的是提供了一種結(jié)構(gòu)非常簡單且對基波基本沒有影響的無源電力濾波器，解決了系統(tǒng)諧波阻抗很小的技術(shù)問題。
[0006]本實(shí)用新型提供了一種無源電力濾波器，包括依次串聯(lián)連接的電抗器L1和電容器C1，所述電抗器L1的非串聯(lián)連接端用于與電力系統(tǒng)連接，所述電容器C1的非串聯(lián)連接端用于與負(fù)載或微網(wǎng)連接；所述無源電力濾波器用于對電力系統(tǒng)的基波串聯(lián)諧振，所述電抗器的電感值L1和電容器的容值C1滿足關(guān)系式COLl=Izi(COC1) ；ω為電力系統(tǒng)基波的角頻率。
[0007]本實(shí)用新型提供了一種無源電力濾波器，包括依次串聯(lián)連接的電抗器L1和電容器C1，所述電抗器L1的非串聯(lián)連接端用于與負(fù)載或微網(wǎng)連接，所述電容器C1的非串聯(lián)連接端用于與電力系統(tǒng)連接；所述無源電力濾波器用于對電力系統(tǒng)的基波串聯(lián)諧振，所述電抗器的電感值L1和電容器的容值C1滿足關(guān)系式CoL1=Izi(GJC1) ；ω為電力系統(tǒng)基波的角頻率。
[0008]其中，所述電抗器L1為電感值可調(diào)的可調(diào)電抗器U。
[0009]本實(shí)用新型采用一個結(jié)構(gòu)非常簡單的無源電力濾波器解決了系統(tǒng)諧波阻抗很小的問題、對諧波呈現(xiàn)為感抗不會引發(fā)諧振，電路參數(shù)少，所以很容易通過合理的避開可能的諧振點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的無源電力濾波器應(yīng)用在電力系統(tǒng)與負(fù)載之間的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的無源電力濾波器應(yīng)用在電力系統(tǒng)與微網(wǎng)之間的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是現(xiàn)有的不加任何濾波器時系統(tǒng)的相電流波形(0.01s/div,500A/div)；
[0013]圖4是增加本實(shí)用新型實(shí)施例提供的無源電力濾波器后系統(tǒng)的相電流波形(0.01s/div,200A/div)；
[0014]圖5是增加本實(shí)用新型實(shí)施例提供的加無源電力濾波器后系統(tǒng)電壓Vsys和電容器兩端電壓 Vcapacitor 波形(0.01s/div, 200V/div)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0016]本實(shí)用新型實(shí)施例在電力系統(tǒng)(包括艦船、航天系統(tǒng)和高低頻的供電系統(tǒng))和諧波負(fù)載或電力系統(tǒng)和微網(wǎng)(或者分布式電源)中間串聯(lián)一個對基波呈現(xiàn)極低阻抗、對諧波呈現(xiàn)較高阻抗的電路，使基波可以基本沒有影響順利通過，對諧波起到隔離的作用。
[0017]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的無源電力濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)用新型實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下:
[0018]無源電力濾波器2包括依次串聯(lián)連接的電抗器L1和電容器C1，電抗器L1的非串聯(lián)連接端用于與電力系統(tǒng)I連接，電容器C1的非串聯(lián)連接端用于與負(fù)載3連接。
[0019]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，系統(tǒng)對基波諧振，即CJL1=IV(CoC1), ω為電力系統(tǒng)基波的角頻率；這時無源電力濾波器2的基波等效阻抗Ζ(1)為零，而無源電力濾波器2對η次諧波的阻抗為Z(n)=jn ω L1+!/(jn ω C1) =j ω L1 (η2-1)/η ^ jn ω L1,對諧波呈現(xiàn)較高的感抗,有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。常規(guī)設(shè)計(jì)中串聯(lián)電容器在線路中是比較慎重的，因?yàn)檫@樣容易引發(fā)諧振。實(shí)際上目前使用最為廣泛的常規(guī)的并聯(lián)無源電力濾波器(一般采用多組單調(diào)諧支路和一組高通濾波支路)也很容易引發(fā)諧振的，所以要進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化避免諧振現(xiàn)象。本實(shí)用新型突破了常規(guī)的設(shè)計(jì)，不是僅僅單獨(dú)串聯(lián)一個電力電容器，而是將一個電力電容器C1和一個電抗器L1串聯(lián)，電力電容器C1和電抗器L1對基波諧振(也可以進(jìn)行偏諧設(shè)計(jì))，這樣就對基波基本沒有影響，對諧波呈現(xiàn)較高感性阻抗，起到了諧波隔離的作用。該無源電力濾波器2對諧波呈現(xiàn)較高的感性阻抗，再加上系統(tǒng)參數(shù)較少，非常有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避開可能的諧振點(diǎn)，通過合理的投入和切除順序該無源電力濾波器2可以起到限制負(fù)載3的起動電流。電容器基波容量和電抗器基波容量越大，諧波隔離效果越好，但是容量不能太大，一般小于系統(tǒng)容量的10倍。
[0020]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的無源電力濾波器是一種單獨(dú)使用的基于LC串聯(lián)諧振的無源電力濾波器，其中電抗器L1和電容器C1對于基波串聯(lián)諧振，電抗器L1和電容器C1串聯(lián)在電網(wǎng)和諧波源之間，起隔離諧波的作用。該串聯(lián)無源電力濾波器不包含所謂的“零磁通變流器”和任何并聯(lián)無源電力濾波器。該濾波器非常適合電壓型諧波源的濾波，也可以用于混合型諧波源和電流型諧波源的濾波。
[0021]本實(shí)用新型實(shí)施例不包含所謂的“零磁通變流器”和任何并聯(lián)無源電力濾波器。該濾波器對基波呈現(xiàn)極低阻抗、對諧波呈現(xiàn)較高阻抗。本實(shí)用新型可以應(yīng)用到高低壓單相系統(tǒng)、三相系統(tǒng)、三相四線制或者多相系統(tǒng)中。也可以用于基波頻率為工頻，中頻和高頻的供電系統(tǒng)。
[0022]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，電容器基波容量和電抗器基波容量越大，諧波隔離效果越好，如在一個典型的三相電壓型諧波源系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)電流為273A時，不加任何濾波器時，系統(tǒng)的相電流波形如圖3所示(THD為100.9% )，當(dāng)加入無源電力濾波器2 (電抗器L1和電容器C1分別為3mH和3380uF)，系統(tǒng)的電流波形如圖4所示(THD為4.45% )，電容器C1兩端的電壓Vcapacitor和系統(tǒng)的電壓Vsys幅值接近相等，系統(tǒng)電壓和電容器兩端的電壓如圖5所示。當(dāng)電抗器的電感量增大，其等效諧波阻抗增大，濾波效果也會更好，但是這時電抗器和電容器的容量也相應(yīng)增大，會增加成本。除了基波容量以外，諧波電壓基本降落在電抗器上，所以在不改變電抗器的電感量的條件下可以適當(dāng)增加電抗器的容量，增加的容量取決于系統(tǒng)中諧波含量。
[0023]為了系統(tǒng)穩(wěn)定，LC串聯(lián)諧振可以進(jìn)行脫諧處理，即讓電抗器取值比諧振值稍微大一點(diǎn)點(diǎn)。因?yàn)殡娍蛊魅≈德源笥谥C振值時，該無源電力濾波器2對基波也為感性阻抗，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定；系統(tǒng)中的串聯(lián)電抗器單獨(dú)使用還可以起到限流的作用，即系統(tǒng)起動時，將電容器短路，當(dāng)啟動完畢，再將電容器投入。除此以外，電容器還要增加放電線圈等常規(guī)保護(hù)元件。為了進(jìn)行無功補(bǔ)償而在電網(wǎng)側(cè)或者諧波負(fù)載側(cè)還可以增加電容器或者常規(guī)的LC無源電力濾波器。
[0024]作為本實(shí)用新型的優(yōu)化，上述普通電抗器可以采用可調(diào)的電抗器；以便當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變時進(jìn)行自動調(diào)諧。
[0025]為了更進(jìn)一步的說明本實(shí)用新型實(shí)施例提供的無源電力濾波器，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0026]圖1、圖2所不,本實(shí)用新型由一個電抗器L1和一個電容器C1構(gòu)成，電抗器L1和電容器C1串聯(lián)聯(lián)接，電抗器LdP電容器C1對于供電系統(tǒng)的基波串聯(lián)諧振，即CoL1=Izi(GJC1)。電抗器L1和電容器C1 一起構(gòu)成了 LC串聯(lián)諧振的無源電力濾波器，該無源電力濾波器串聯(lián)在電力系統(tǒng)I (包括艦船、航天系統(tǒng)和高低頻的供電系統(tǒng))和諧波負(fù)載3、電力系統(tǒng)I和微網(wǎng)4(或者分布式電源)中間，起隔離諧波的作用。其中微網(wǎng)4是相對傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個概念，系指多個分布式電源及其相關(guān)負(fù)載按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)，并通過靜態(tài)開關(guān)關(guān)聯(lián)至常規(guī)電網(wǎng)。
[0027]本實(shí)用新型可以應(yīng)用到高低壓單相系統(tǒng)、三相系統(tǒng)、三相四線制或者多相系統(tǒng)中。也可以用于基波頻率為工頻，中頻和高頻的供電系統(tǒng)。
[0028]本實(shí)用新型提出的單獨(dú)使用的基于LC串聯(lián)諧振的無源電力濾波器包括一個電抗器L1和一個電容器C1,電抗器L1和電容器C1串聯(lián)聯(lián)接，電抗器L1和電容器C1對于供電系統(tǒng)的基波串聯(lián)諧振，即WL1=IZ(QC1)0電抗器L1和電容器C1 一起構(gòu)成了 LC串聯(lián)諧振的無源電力濾波器，該無源電力濾波器串聯(lián)在電力系統(tǒng)I (包括艦船、航天系統(tǒng)和高低頻的供電系統(tǒng))和諧波負(fù)載2、電力系統(tǒng)I和微網(wǎng)4(或者分布式電源)中間，起隔離諧波的作用。
[0029]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種無源電力濾波器，其特征在于，包括依次串聯(lián)連接的電抗器L1和電容器仏，所述電抗器L1的非串聯(lián)連接端用于與電力系統(tǒng)連接，所述電容器C1的非串聯(lián)連接端用于與負(fù)載或微網(wǎng)連接； 所述無源電力濾波器用于對電力系統(tǒng)的基波串聯(lián)諧振，所述電抗器的電感值L1和電容器的容值C1滿足關(guān)系式CoL1=Izi(GJC1) ；ω為電力系統(tǒng)基波的角頻率。
2.一種無源電力濾波器，其特征在于，包括依次串聯(lián)連接的電抗器L1和電容器仏，所述電抗器L1的非串聯(lián)連接端用于與負(fù)載或微網(wǎng)連接，所述電容器C1的非串聯(lián)連接端用于與電力系統(tǒng)連接； 所述無源電力濾波器用于對電力系統(tǒng)的基波串聯(lián)諧振，所述電抗器的電感值L1和電容器的容值C1滿足關(guān)系式CoL1=Izi(GJC1) ；ω為電力系統(tǒng)基波的角頻率。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無源電力濾波器，其特征在于，所述電抗器L1為電感值可調(diào)的可調(diào)電 抗器U。
【文檔編號】H02J3/01GK203660534SQ201320877300
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】李達(dá)義 申請人:華中科技大學(xué)