用于变流器的滤波电路的制作方法

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种用于变流器的滤波电路。

背景技术：

变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其它电量或特性发生变化的电器设备，近年来随着电力电子与自动控制技术的发展，变流器被广泛应用于诸如光伏发电、风电发电、逆变器储能等诸多方面。

为了满足应用需求，需要对变流器的输出进行滤波。一种常用的滤波方式为采用滤波电路进行滤波，以风电发电中的风电变流器为例，风力发电机产生的功率经过风电变流器的整流逆变上网的时候，为了满足电网电能质量要求，会采用滤波电路如LCL(滤波电感加滤波电容)滤波的方式。然而，使用滤波电路进行滤波的过程中，经常经有调整滤波电路电容输出的情况，例如，LCL滤波会产生谐振点，当不同的电网，或者电网某一时刻由于载荷发生变化，会导致LCL发生谐振，造成电容烧毁或者电容回路里的器件烧毁等现象。

目前，还没有对滤波电路的电容输出进行调整的有效方式，尤其是调整电容输出以避免滤波电路，如LCL滤波电路发生谐振的有效方式。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于变流器的滤波电路，以解决现有滤波电路对滤波电路电容输出调整的需求，尤其是LCL滤波电路发生谐振时对滤波电路电容输出进行调整的需求问题。

根据本实用新型的一方面，提供了一种用于变流器的滤波电路，所述滤波电路包括滤波电容回路，所述滤波电容回路中设置有电流检测装置、两组及以上滤波电容组、和与所述两组及以上滤波电容组对应的两组及以上开关电路；其中：所述电流检测装置检测所述滤波电容回路的电流并将检测到的电流传输给所述滤波电路所在变流器的控制器；所述两组及以上滤波电容组通过所述控制器对所述两组及以上开关电路的开关控制调整电容输出，其中，所述控制器根据所述电流对所述两组及以上开关电路进行开关控制。

可选地，所述滤波电路还包括滤波电感；所述电流检测装置的一端与所述滤波电感连接，另一端通过所述两组及以上开关电路与对应的所述两组及以上滤波电容组连接。

可选地，所述两组及以上滤波电容组中的一组滤波电容组在所述变流器正常工作过程中持续运行；除所述持续运行的滤波电容组外的其它滤波电容组中的至少一组滤波电容组通过所述控制器对对应的开关电路的闭合控制，加入正在运行的滤波电容组，以调整电容输出。

可选地，当正在运行的滤波电容组包括两组及以上时，除正在运行的两组及以上滤波电容组外的其它滤波电容组中的至少一组滤波电容组通过所述控制器对对应的开关电路的闭合控制，加入正在运行的滤波电容组，以调整电容输出；或者，正在运行的两组及以上滤波电容组中，除所述持续运行的滤波电容组外的至少一组滤波电容组通过所述控制器对对应的开关电路的断开控制，从正在运行的滤波电容组减除，以调整电容输出。

可选地，所述两组及以上开关电路接收所述控制器在根据所述电流检测装置检测到的电流确定所述滤波电路满足发生谐振的条件时，发送的断开或闭合控制信号，进行对应的断开或闭合的操作。

可选地，当正在运行的滤波电容组包括两组及以上时，所述两组及以上滤波电容组通过所述控制器在根据所述电流检测装置检测到的电流确定所述滤波电路不存在谐振时对对应的开关电路的断开控制，减除掉除所述持续运行的滤波电容组外的其它滤波电容组。

可选地，每组滤波电容组中的各个滤波电容均并联有电阻。

可选地，所述两组及以上滤波电容组为三组滤波电容组。

可选地，所述电流检测装置为霍尔电流传感器。

可选地，所述滤波电路为LCL滤波电路，和/或，所述变流器为三相变流器。

根据本实用新型提供的方案，在滤波电路的滤波电容回路中设置电流检测装置和两组及以上滤波电容组，以使输出的滤波电容可调控。其中，电流检测装置可以实时检测滤波电容回路的电流，在滤波电路所在的变流器的控制器根据该电流确定需要对滤波电容的输出进行控制时，则控制滤波电容组对应的开关电路的开关，以对输出的滤波电容进行调整。尤其是，若控制器根据电流确定滤波电路满足发生谐振的条件，调整滤波电容输出，从而避开谐振点，避免滤波电路发生谐振，进而避免电路器件的损失。本实用新型提供的滤波电路可广泛应用于各种变流器的滤波电路，以实现滤波电容的输出调整，尤其是在诸如LCL类型的滤波电路，在实现有效滤波的同时，还能避免滤波电路谐振的发生。

附图说明

图1示出了根据本实用新型实施例的一种滤波电路的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例的一种滤波电容回路的拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的示例性实施例。

滤波电路是允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，常用于滤去整流输出电压中的纹波。本实用新型实施例中，提供了一种用于变流器的滤波电路，与传统变流器的滤波电路不同，本实用新型实施例中滤波电路的滤波电容回路中增加设置了电流检测装置，并且，设置了两组及以上滤波电容组，由此，滤波电容回路中的滤波电容组可以通过多种方式进行电容输出的调节，以满足需要。将本实用新型实施例提供的滤波电路应用于避免谐振的场景中，可以通过调整输出的滤波电容实现避开滤波电路的谐振点，避免滤波电路发生谐振的目的。

参照图1，示出了根据本实用新型实施例的一种滤波电路的结构示意图。该示意图示出了一种用于变流器的滤波电路，该滤波电路包括滤波电容回路102，在该滤波电容回路102中设置有电流检测装置1021和两组及以上滤波电容组1022，以及，与两组及以上滤波电容组对应的两组及以上开关电路1023。

其中，电流检测装置1021检测滤波电容回路102的电流并将检测到的电流传输给滤波电路所在变流器的控制器103；两组及以上滤波电容组1022通过控制器103对两组及以上开关电路1023的开关控制调整电容输出，其中，控制器103根据电流检测装置1021检测到的电流对两组及以上开关电路1023进行开关控制。

将本实用新型实施例提供的滤波电容回路应用于LC滤波电路中时，该滤波电路包括常规的滤波电感101，以及，本实用新型实施例提供的上述滤波电容回路102。其中，电流检测装置1021的一端与滤波电感101 连接，另一端通过两组及以上开关电路1023与对应的两组及以上滤波电容组1022连接。

控制器103可以根据电流检测装置1021检测到的电流确定是否向开关电路1023发送控制信号，以控制其断开或闭合。在避免谐振场景中，控制器103在根据电流检测装置1021检测到的电流确定滤波电路满足发生谐振的条件时，对两组及以上开关电路1023的断开或闭合进行控制。

在一种可行的实施方式中，两组及以上滤波电容组中的一组滤波电容组在变流器正常工作过程中持续运行。也即，变流器在正常运行状态下，有一组滤波电容组持续运行。在此情况下，当控制器103根据电流检测装置1021检测到的电流确定需要对滤波电路输出的电容进行调整时，如滤波电路满足发生谐振的条件时，将会控制两组及以上开关电路 1023中的一组或多组闭合，从而使除持续运行的滤波电容组外的其它滤波电容组中的至少一组滤波电容组加入正在运行的滤波电容组，以调整电容输出。也即，除持续运行的滤波电容组外的其它滤波电容组中的至少一组滤波电容组通过控制器103对对应的开关电路的闭合控制，加入正在运行的滤波电容组，以调整电容输出。通常情况下，在持续运行的滤波电容组的基础上，再增加一组滤波电容组即可，但不限于此，再增加两组或多组滤波电容组也可，能够避开滤波电路的谐振点即可。

需要说明的是，若当前正在运行的滤波电容组有两组或两组以上，其中包括持续运行的滤波电容组，若控制器103在此基础上确定需要对滤波电路输出的电容进行调整时，则不仅可以通过增加滤波电容组的方式增加电容输出以避开谐振点，也可以通过减除滤波电容组的方式减少电容输出以避开谐振点。其中，减除掉的滤波电容组不包括持续运行的滤波电容组。可见，在此情况下，当正在运行的滤波电容组包括两组及以上时，除正在运行的两组及以上滤波电容组外的其它滤波电容组中的至少一组滤波电容组通过控制器对对应的开关电路的闭合控制，加入正在运行的滤波电容组，以调整电容输出；或者，正在运行的两组及以上滤波电容组中，除持续运行的滤波电容组外的至少一组滤波电容组通过控制器对对应的开关电路的断开控制，从正在运行的滤波电容组减除，以调整电容输出。

一种优选的实施方式中，两组及以上滤波电容组1022为三组滤波电容组。

以下，以一种用于三相变流器中的LCL滤波电路避免谐振为例，对上述滤波电路进行进一步说明。

如图2所示，为本实用新型实施例提供的一种滤波电容回路102的拓扑图。其中，滤波电容回路102可以通过A、B、C与一个或多个滤波电感101连接，形成LC滤波电路或者LCL滤波电路。本实例中，设定滤波电容回路102通过A、B、C与两个滤波电感101连接，形成LCL 滤波电路，并且，开关电路采用接触器实现。但不限于接触器，在实际应用中，其它开关电路也同样适用。

由图2中可见，本实例中的滤波电容组1022由三组滤波电容组组成，分别是滤波电容组1、滤波电容组2和滤波电容组3。这三组滤波电容组分别通过各自的接触器，即对应的接触器1、接触器2和接触器3与用于检测滤波电容回路上电流的霍尔电流传感器(电流检测装置1021)的一端连接，霍尔电流传感器的另一端与两个滤波电感101连接(图2中未示出)。需要说明的是，电流检测装置的实现不限于霍尔电流传感器，其它可实时检测电流的装置也同样适用。但相较于其它电流检测装置，霍尔电流传感器精度更高，隔离性能也更好。

对于LCL类型的滤波电路，其有固定的谐振点，可以通过公式(1)，即：计算获得。其中，ω_n表示滤波电路的谐振频率；L₁表示第一滤波电感的电感值，如风电变流器连接的并网电感的电感值；L₂表示第二滤波电感的电感值，如风电变流器连接的升压变压器的原边电感的电感值；C表示滤波电容的电容值。

其中，L₁和L₂是固定的，C随着运行电容的不同而不同，当有一组滤波电容组运行时，C为该组滤波电容组输出的电容值；当有两组滤波电容组运行时，C为该两组滤波电容组输出的电容值；当有三组滤波电容组运行时，C为该三组滤波电容组输出的电容值，以此类推。

采用图2中所示的滤波电容回路的滤波电路进行滤波时，第一种可行的方案是：滤波电路所在变流器的控制器103首先根据当前所投入的滤波电容组的C值和公式(1)获得滤波电路的当前谐振频率；霍尔电流传感器实时检测滤波电容回路的电流值；然后将该电流值传输给控制器 103；控制器103在接收到该电流值后，计算滤波电容回路的当前电流频率；控制器103比较当前电流频率和当前谐振频率是否一致，若一致，则认为滤波电路满足发生谐振的条件，需要调整滤波电容的输出；此时，则可以通过增加或减少一组滤波电容组，改变电容输出，避开当前谐振频率。其中，当前电流频率和当前谐振频率一致包括：当前电流频率和当前谐振频率相等，也可以当前电流频率和当前谐振频率的差别在设定的适当小范围内，其中，所述适当小范围可以由本领域技术人员根据实际需要适当设定，如0.5Hz范围内等。

在一种可行方案中，控制器103中设置有比较电路，控制器103通过比较电路比较当前电流频率和当前谐振频率是否一致；控制器103根据比较电路的比较结果确定当前电流频率和当前谐振频率一致时，认为滤波电路满足发生谐振的条件，需要调整滤波电容的输出。但不限此，在另一种可行方案中，也可以由控制器103直接进行当前电流频率和当前谐振频率是否一致的比较和判断。

在确定需要调整滤波电容的输出时，若当前运行的为一组滤波电容组，即持续运行的滤波电容组，则可以增加一组滤波电容组；若已投入两组滤波电容组(包括持续运行的滤波电容组)，正常运行过程中，又发生了谐振，则可以投入第三组滤波电容组或者减掉一组滤波电容组(减掉的滤波电容组不包括持续运行的电容组)；若已投入三组滤波电容组，正常运行过程中，又发生了谐振，则可以减掉一组滤波电容组(减掉的滤波电容组不包括持续运行的电容组)。可见，当有多组滤波电容组同时运行，在正常运行过程中又发生谐振时，若电路尚有冗余滤波电容组，则增加或减掉滤波电容组均可；若电路已没有冗余滤波电容组，则可减掉滤波电容组。通过增减滤波电容组，调整滤波电容的输出，以避开谐振点。

在设计滤波电容组的容值时，正常情况下，保证一组滤波电容组即持续运行的滤波电容组运行即可，其它滤波电容组的容值可以由本领域技术人员根据实际工况适当设定，本发明实施例对此不作限制。例如，其它滤波电容组的容值可以与持续运行的那组滤波电容组的容值相同，也可以不同；并且，其它滤波电容组中的各个滤波电容组之间的容值也可以相同或不同。以图2中所示的三组滤波电容组为例，设定滤波电容组1按照常规保持持续运行，则滤波电容组2和滤波电容组3可相应地根据实际测试工况，灵活地取滤波电容组1的容值的1/4、或者1/3等等。

此外，在滤波电容组调整运行后的一段时间后，若判断电网工况已经恢复，滤波电路不再满足发生谐振的条件(如当前电流频率与当前谐振频率的差别在一定范围内，该一定范围可由本领域技术人员根据实际情况适当设置，本发明实施例对此不作限制)，可尝试减掉增加的滤波电容组。若当前运行的滤波电容组有两组，在判断滤波电路不再满足发生谐振的条件后，则保留持续运行的那组，减掉后增加的那组；若当前运行的滤波电容组有两组以上，在判断滤波电路不再满足发生谐振的条件后，保留持续运行的那组滤波电容组，而对于其它后增加运行的滤波电容组，可同时减除，也可以逐个依次减除。也即，当正在运行的滤波电容组包括两组及以上时，两组及以上滤波电容组通过控制器103在根据电流检测装置1021检测到的电流确定滤波电路不存在谐振时对对应的开关电路的断开控制，减除掉除持续运行的滤波电容组外的其它滤波电容组。

在实际应用中，基于两组滤波电容组的滤波电路基本上就可以实现避开谐振的需求，但是基于两组以上的滤波电容组如图2中的三组滤波电容组，在相对成本不太高、拓扑结构相对不是很复杂的情况下，会更加灵活，也可更好地适应工况。

通过上述方式，控制器103根据电流检测装置1021检测到的电流获得当前电流频率，根据滤波电感101的电感值和滤波电容1022的当前电容值获得当前谐振频率；控制器103通过比较滤波电路的当前电流频率和当前谐振频率，确定滤波电路是否满足发生谐振的条件；若满足发生谐振的条件，一种情况下，可以从除当前正在运行的滤波电容组外的其它滤波电容组中选择一组滤波电容组，通过使选择的滤波电容组对应的开关电路闭合，将选择的所述滤波电容组增加入正在运行的滤波电容组，以调整滤波电容的电容输出；另一种情况下，若已有多组滤波电容组正在运行，则可减除一组或多组。当控制器103根据电流检测装置1021检测到的电流确定滤波电路不存在谐振，且正在运行的滤波电容组包括两组及以上时，通过使增加运行的滤波电容组对应的开关电路断开，减除增加运行的滤波电容组。

此外，优选地，如图2中所示，每组滤波电容组中的各个滤波电容均可以并联电阻，以在滤波电路停止运行后，泄放掉电容能量，例如，在风电发电机组停机后，将电容的能量泄放掉。

在采用图2中所示的滤波电容回路的滤波电路进行滤波时，第二种可行的方案是：控制器103可以根据电流检测装置检测到的电流的大小与滤波电路发生谐振的电流的大小是否一致(例如，控制器103直接比较确定，或者，控制器103通过比较电路比较确定)判断滤波电路是否满足发生谐振的条件；若一致，确定滤波电路满足发生谐振的条件，则调整滤波电容组的电容输出。其中，滤波电路发生谐振的电流的大小可以通过常规方式获得，在此不再赘述。该种方式中，控制器103直接比较滤波电路的当前电流和谐振电流即可，减轻了计算负担。

其中，滤波电路的当前电流和谐振电流一致包括：当前电流和谐振电流相等，或者，当前电流和谐振电流之差在设定的适当小范围内，其中，所述适当小范围可以由本领域技术人员根据实际需要适当设定，如 0.5A等。

在控制器103确定滤波电路的当前电流和谐振电流一致时，调整滤波电容组的电容输出，以避开滤波电路的谐振点。其中，对滤波电容组的电容输出的调整可采用前述调整方式，即通过增加或减少滤波电容组，改变电容输出，避开当前谐振频率，在此不再赘述。

上述滤波电容回路可广泛应用于变流器的滤波电路中，尤其是三相变流器，如风电变流器的LCL滤波电路中。本实用新型实施例提供的滤波电路可以实现输出电容的调节，尤其是在可能发生谐振的情况下，通过改变滤波回路的电容容值，主动躲避电网谐振点，解决了例如风电变流器现场机组电网发生变化带来的谐振风险，使得风电变流机组电网适应性更加灵活。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。