一种无源电力滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种无源电力滤波器，包括依次串联连接的电抗器L1和电容器C1，电抗器L1的非串联连接端用于与电力系统连接，电容器C1的非串联连接端用于与负载或微网连接。电抗器L1和电容器C1对于供电系统的基波串联谐振，即ωL1＝1/(ωC1)。电抗器L1和电容器C1一起构成了LC串联谐振的无源电力滤波器，该无源电力滤波器串联在电力系统(包括舰船、航天系统和高低频的供电系统)和谐波负载、电力系统和微网(或者分布式电源)中间，对基波呈现极低阻抗、对谐波呈现较高阻抗的电路，起隔离谐波的作用。本发明可以应用到高低压单相系统、三相系统、三相四线制或者多相系统中。也可以用于基波频率为工频，中频和高频的供电系统。
【专利说明】一种无源电力滤波器
【技术领域】
[0001]本发明属于电力滤波【技术领域】，具体涉及一种单独使用的LC串联无源电力滤波器。
【背景技术】
[0002]电力电子变换装置是目前电力系统中最主要的谐波源，电力电子类谐波源根据其特性分为电压型谐波源和电流型谐波源。整流桥后面串联大平波电抗器来滤波的整流装置一般被当作电流型谐波源。整流桥后面并联一个大滤波电容器的整流装置一般被当作电压型谐波源。实际场合中谐波源的特性可能介于电压型谐波源和电流型谐波源之间，如整流桥后面先串联一个电感后再并联一个大滤波电容器的整流装置或者负载本身包含多种谐波源的系统，这样的谐波源可以定义为混合型谐波源。
[0003]受谐波源和系统阻抗的影响，和谐波源并联的母线和更高电压等级的母线上可能含有一定的背景谐波。新能源接入电网所采用的逆变器也会产生背景谐波，传统电网和分布式电源及微网系统的谐波渗透率越来越高。
[0004]加装电力滤波器是解决电力系统谐波的有效方法之一，电力滤波器一般分为无源电力滤波器和有源电力滤波器。无源电力滤波器又分为传统的并联无源电力滤波器和串联无源电力滤波器。传统的无源电力滤波器特指由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置，是一种并联无源电力滤波器，其典型的代表就是单调谐LC滤波器。该传统并联无源电力滤波器是目前使用最为广泛和成熟的谐波抑制手段。串联无源电力滤波器国际上研究较多的是采用LC并联谐振的串联无源电力滤波器，代表性的论文为: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。这种采用LC并联谐振的串联无源电力滤波器是传统并联无源电力滤波器的对偶方式，所以为了隔离谐波要串联多个基于LC并联谐振的无源电力滤波器，系统比较复杂。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的是提供了一种结构非常简单且对基波基本没有影响的无源电力滤波器，解决了系统谐波阻抗很小的技术问题。
[0006]本发明提供了一种无源电力滤波器，包括依次串联连接的电抗器L1和电容器C1,所述电抗器L1的非串联连接端用于与电力系统连接，所述电容器C1的非串联连接端用于与负载或微网连接；所述无源电力滤波器用于对电力系统的基波串联谐振，所述电抗器的电感值L1和电容器的容值C1满足关系式GJL1 = IAcoC1) ;ω为电力系统基波的角频率。
[0007]本发明提供了一种无源电力滤波器，包括依次串联连接的电抗器L1和电容器C1,所述电抗器L1的非串联连接端用于与负载或微网连接，所述电容器C1的非串联连接端用于与电力系统连接；所述无源电力滤波器用于对电力系统的基波串联谐振，所述电抗器的电感值L1和电容器的容值C1满足关系式GJL1 = IAcoC1) ;ω为电力系统基波的角频率。
[0008]其中，所述电抗器L1为电感值可调的可调电抗器U。
[0009]本发明采用一个结构非常简单的无源电力滤波器解决了系统谐波阻抗很小的问题、对谐波呈现为感抗不会引发谐振，电路参数少，所以很容易通过合理的避开可能的谐振点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例提供的无源电力滤波器应用在电力系统与负载之间的结构示意图；
[0011]图2是本发明实施例提供的无源电力滤波器应用在电力系统与微网之间的结构示意图；
[0012]图3是现有的不加任何滤波器时系统的相电流波形(0.01s/div,500A/div)；
[0013]图4是增加本发明实施例提供的无源电力滤波器后系统的相电流波形(0.01s/div,200A/div)；
[0014]图5是增加本发明实施例提供的加无源电力滤波器后系统电压Vsys和电容器两端电压 Vcapacitor 波形(0.0ls/div, 200V/div)。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0016]本发明实施例在电力系统(包括舰船、航天系统和高低频的供电系统)和谐波负载或电力系统和微网(或者分布式电源)中间串联一个对基波呈现极低阻抗、对谐波呈现较高阻抗的电路，使基波可以基本没有影响顺利通过，对谐波起到隔离的作用。
[0017]本发明实施例提供的无源电力滤波器的结构如图1所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下:
[0018]无源电力滤波器2包括依次串联连接的电抗器L1和电容器C1，电抗器L1的非串联连接端用于与电力系统I连接，电容器C1的非串联连接端用于与负载3连接。
[0019]在本发明实施例中，系统对基波谐振，即ω L1 = I/( ω C1) , ω为电力系统基波的角频率；这时无源电力滤波器2的基波等效阻抗Za)为零，而无源电力滤波器2对η次谐波的阻抗为Z(n) = jncoQ+l/(JncoC1) = j ω L1 (n2_l)/n ~ jn ω L1,对谐波呈现较高的感抗,有利于系统稳定。常规设计中串联电容器在线路中是比较慎重的，因为这样容易引发谐振。实际上目前使用最为广泛的常规的并联无源电力滤波器(一般采用多组单调谐支路和一组高通滤波支路)也很容易引发谐振的，所以要进行合理设计和优化避免谐振现象。本发明突破了常规的设计，不是仅仅单独串联一个电力电容器，而是将一个电力电容器C1和一个电抗器L1串联，电力电容器C1和电抗器L1对基波谐振(也可以进行偏谐设计)，这样就对基波基本没有影响，对谐波呈现较高感性阻抗，起到了谐波隔离的作用。该无源电力滤波器2对谐波呈现较高的感性阻抗，再加上系统参数较少，非常有利于系统设计，避开可能的谐振点，通过合理的投入和切除顺序该无源电力滤波器2可以起到限制负载3的起动电流。电容器基波容量和电抗器基波容量越大，谐波隔离效果越好，但是容量不能太大，一般小于系统容量的10倍。
[0020]本发明实施例提供的无源电力滤波器是一种单独使用的基于LC串联谐振的无源电力滤波器，其中电抗器L1和电容器C1对于基波串联谐振，电抗器L1和电容器C1串联在电网和谐波源之间，起隔离谐波的作用。该串联无源电力滤波器不包含所谓的“零磁通变流器”和任何并联无源电力滤波器。该滤波器非常适合电压型谐波源的滤波，也可以用于混合型谐波源和电流型谐波源的滤波。
[0021]本发明实施例不包含所谓的“零磁通变流器”和任何并联无源电力滤波器。该滤波器对基波呈现极低阻抗、对谐波呈现较高阻抗。本发明可以应用到高低压单相系统、三相系统、三相四线制或者多相系统中。也可以用于基波频率为工频，中频和高频的供电系统。
[0022]在本发明实施例中，电容器基波容量和电抗器基波容量越大，谐波隔离效果越好，如在一个典型的三相电压型谐波源系统中，当系统电流为273A时，不加任何滤波器时，系统的相电流波形如图3所示(THD为100.9% )，当加入无源电力滤波器2 (电抗器L1和电容器C1分别为3mH和3380uF)，系统的电流波形如图4所示(THD为4.45% )，电容器C1两端的电压Vcapacitor和系统的电压Vsys幅值接近相等，系统电压和电容器两端的电压如图5所示。当电抗器的电感量增大，其等效谐波阻抗增大，滤波效果也会更好，但是这时电抗器和电容器的容量也相应增大，会增加成本。除了基波容量以外，谐波电压基本降落在电抗器上，所以在不改变电抗器的电感量的条件下可以适当增加电抗器的容量，增加的容量取决于系统中谐波含量。
[0023]为了系统稳定，LC串联谐振可以进行脱谐处理，即让电抗器取值比谐振值稍微大一点点。因为电抗器取值略大于谐振值时，该无源电力滤波器2对基波也为感性阻抗，有利于系统稳定；系统中的串联电抗器单独使用还可以起到限流的作用，即系统起动时，将电容器短路，当启动完毕，再将电容器投入。除此以外，电容器还要增加放电线圈等常规保护元件。为了进行无功补偿而在电网侧或者谐波负载侧还可以增加电容器或者常规的LC无源电力滤波器。
[0024]作为本发明的优化，上述普通电抗器可以采用可调的电抗器；以便当系统参数发生改变时进行自动调谐。
[0025]为了更进一步的说明本发明实施例提供的无源电力滤波器，以下结合附图和具体实例对本发明作进一步的说明。
[0026]图1、图2所不，本发明由一个电抗器L1和一个电容器C1构成，电抗器L1和电容器C1串联联接，电抗器LdP电容器C1对于供电系统的基波串联谐振，即CoL1 = Izi(CoC1)tj电抗器L1和电容器C1 一起构成了 LC串联谐振的无源电力滤波器，该无源电力滤波器串联在电力系统I (包括舰船、航天系统和高低频的供电系统)和谐波负载3、电力系统I和微网4(或者分布式电源)中间，起隔离谐波的作用。其中微网4是相对传统大电网的一个概念，系指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。
[0027]本发明可以应用到高低压单相系统、三相系统、三相四线制或者多相系统中。也可以用于基波频率为工频，中频和高频的供电系统。[0028]本发明提出的单独使用的基于LC串联谐振的无源电力滤波器包括一个电抗器L1和一个电容器C1,电抗器L1和电容器C1串联联接，电抗器L1和电容器C1对于供电系统的基波串联谐振，即OL1 = IZi(COC1)t5电抗器L1和电容器C1 一起构成了 LC串联谐振的无源电力滤波器，该无源电力滤波器串联在电力系统I (包括舰船、航天系统和高低频的供电系统)和谐波负载2、电力系统I和微网4(或者分布式电源)中间，起隔离谐波的作用。
[0029]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种无源电力滤波器，其特征在于，包括依次串联连接的电抗器L1和电容器仏，所述电抗器L1的非串联连接端用于与电力系统连接，所述电容器C1的非串联连接端用于与负载或微网连接； 所述无源电力滤波器用于对电力系统的基波串联谐振，所述电抗器的电感值L1和电容器的容值C1满足关系式GJL1 = Izi(GJC1) ;ω为电力系统基波的角频率。
2.一种无源电力滤波器，其特征在于，包括依次串联连接的电抗器L1和电容器仏，所述电抗器L1的非串联连接端用于与负载或微网连接，所述电容器C1的非串联连接端用于与电力系统连接； 所述无源电力滤波器用于对电力系统的基波串联谐振，所述电抗器的电感值L1和电容器的容值C1满足关系式GJL1 = IZi(GJC1) ;ω为电力系统基波的角频率。
3.如权利 要求1或2所述的无源电力滤波器，其特征在于，所述电抗器L1为电感值可调的可调电抗器U。
【文档编号】H02J3/01GK103746380SQ201310739450
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】李达义 申请人:华中科技大学