一種無源電力濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明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。本發(fā)明可以應(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]本發(fā)明屬于電力濾波【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種單獨使用的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作電壓型諧波源。實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, PESC 99.30th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference，vol.l，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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明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]本發(fā)明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GJL1 = IAcoC1) ;ω為電力系統(tǒng)基波的角頻率。
[0007]本發(fā)明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GJL1 = IAcoC1) ;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]本發(fā)明采用一個結(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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實施例提供的無源電力濾波器應(yīng)用在電力系統(tǒng)與負載之間的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明實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是增加本發(fā)明實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是增加本發(fā)明實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(0.0ls/div, 200V/div)。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實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]本發(fā)明實施例在電力系統(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]本發(fā)明實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，僅示出了與本發(fā)明實施例相關(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)連接端用于與負載3連接。
[0019]在本發(fā)明實施例中，系統(tǒng)對基波諧振，即ω L1 = I/( ω C1) , 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Za)為零，而無源電力濾波器2對η次諧波的阻抗為Z(n) = jncoQ+l/(JncoC1) = j ω L1 (n2_l)/n ~ 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)計中串聯(lián)電容器在線路中是比較慎重的，因為這樣容易引發(fā)諧振。實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，所以要進行合理設(shè)計和優(yōu)化避免諧振現(xiàn)象。本發(fā)明突破了常規(guī)的設(shè)計，不是僅僅單獨串聯(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(也可以進行偏諧設(shè)計)，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，避開可能的諧振點，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]本發(fā)明實施例提供的無源電力濾波器是一種單獨使用的基于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]本發(fā)明實施例不包含所謂的“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。本發(fā)明可以應(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]在本發(fā)明實施例中，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)諧振可以進行脫諧處理，即讓電抗器取值比諧振值稍微大一點點。因為電抗器取值略大于諧振值時，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)保護元件。為了進行無功補償而在電網(wǎng)側(cè)或者諧波負載側(cè)還可以增加電容器或者常規(guī)的LC無源電力濾波器。
[0024]作為本發(fā)明的優(yōu)化，上述普通電抗器可以采用可調(diào)的電抗器；以便當系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變時進行自動調(diào)諧。
[0025]為了更進一步的說明本發(fā)明實施例提供的無源電力濾波器，以下結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0026]圖1、圖2所不，本發(fā)明由一個電抗器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(CoC1)tj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)負載按照一定的拓撲結(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]本發(fā)明可以應(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]本發(fā)明提出的單獨使用的基于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OL1 = IZi(COC1)t5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，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(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GJL1 = 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GJL1 = 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】H02J3/01GK103746380SQ201310739450
【公開日】2014年4月23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】李達義 申請人:華中科技大學(xué)