一种Y型链式网络无源滤波器的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种y型链式网络无源滤波器。

背景技术：

目前，由于电力电子设备的应用日益普遍，工业、民用负荷产生的谐波数值大，频谱分布也很广泛，不但有常见的3、5、7、11次谐波，也有数值不小的偶次谐波和直到47次的高次谐波，导致滤波电路成本提高，同时谐波污染也会产生较大的能耗；此外，现有的滤波电路，对高次谐波进行滤波需要使用多组滤波电路同时进行滤波，导致滤波器结构稳定性差，同时也增加了滤波器本身的耗能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种y型链式网络无源滤波器，有效地吸收电力系统的谐波电流，从而达到提高电能质量，减少由于谐波污染所产生的能耗。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种y型链式网络无源滤波器，包括n个电容、n个电感和n-1个无感电阻组；其中，所有电容的一端相连接后接火线，所有电感的一端相连接后接零线，并且每个电容的另一端对应连接一个电感的另一端，形成n条串联支路；所述的无感电阻组设置在两个相邻的串联支路中间，包括三个无感电阻，其中两个无感电阻串联，且两个串联的无感电阻的一端连接于一条串联支路中电容与电感的交点，另一端连接于相邻串联支路中电容与电感的交点；第三个无感电阻的一端连接于两个串联电阻的交点，另一端连接于两个相邻的串联支路中两个电感的交点处。

优选地，所述的n为整数，取值根据实际需求而定。

优选地，所述的y型链式网络无源滤波器中的各电容、电感和无感电阻的参数值根据要求的特征滤波频率以及每个滤波支数需要提供的无功功率确定。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种y型链式网络无源滤波器，在现有链式滤波器的基础上增加了一个无感电阻组，使其中一个无感电阻与零线相连接，增强了滤波器结构的鲁棒性，能够使用较少的滤波支路实现对高次谐波的滤波，在有效地吸收电力系统的谐波电流的同时，减少了滤波器本身的能量损耗及由于谐波污染所产生的耗能；同时在温度变化和电网系统频率变化时，不发生系统谐振及谐波放大，滤波补偿效果好且稳定性高，降低了变压器线损，净化了设备用电环境以延长其使用寿命，节能环保效果突出，可为用户大幅减少经济损失。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种y型链式网络无源滤波器的电路结构图；

图2为本发明实施例提供的两种滤波器的电路结构图，其中，(a)为5次和7次单调谐波支路并联所组成的滤波器，(b)为特征次数同为5次与7次的y型链式滤波器；

图3为本发明实施例提供的由两个单调谐滤波支路并联组成的滤波器与一个2次y型滤波器的阻抗频率特性对比图；

图4为本发明实施例提供的由两个单调谐滤波支路并联组成的滤波器与一个2次y型滤波器的阻抗的虚部的频率特性对比图；

图5为本发明实施例提供的两个并联的单调谐滤波器的电流波形图，其中(a)为滤波器的总电流波形图，(b)为5次单调谐波支路的电流波形图，(c)为7次单调谐波支路的电流波形图；

图6为本发明实施例提供的2个并联的单调谐滤波器电容器端电压的波形图，其中，(a)为电容c1的电压波形图，(b)电容c2的电压波形图；

图7为本发明实施例提供的y型滤波器及其各元件的电压或电流波形图，其中，(a)为2次y型滤波器的总电流波形图，(b)为电容c1的电压波形图，(c)为电容c2的电压波形图，(d)为无感电阻r13的电流波形图；

图8为本发明实施例提供的y型滤波器各元件的电流波形图，其中，(a)为电感l1的电流波形图，(b)为电感l2的电流波形图，(c)为电阻r11的电流波形图，(d)为电阻r12的电流波形图；

图9为本发明实施例提供的两种y型链式滤波器的电路结构图，其中，(a)为2次y型链式滤波器，(b)为3次y型链式滤波器；

图10为本发明实施例提供的滤波系统投入前后谐波变化的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一种y型链式网络无源滤波器，如图1所示，包括n个电容、n个电感和n-1个无感电阻组；其中，所有电容的一端相连接后接火线，所有电感的一端相连接后接零线，并且每个电容的另一端对应连接一个电感的另一端，形成n条串联支路；所述的无感电阻组设置在两个相邻的串联支路中间，包括三个无感电阻，其中两个无感电阻串联，且两个串联的无感电阻的一端连接于一条串联支路中电容与电感的交点，另一端连接于相邻串联支路中电容与电感的交点；第三个无感电阻的一端连接于两个串联电阻的交点，另一端连接于两个相邻的串联支路中两个电感的交点处。各电容、电感和无感电阻的参数值根据要求的特征滤波频率以及每个每个滤波支数需要提供的无功功率确定。

所述的n为整数，取值根据实际需求而定。

实施例一：

本实施例提供了如图2所示的2个分别为5次和7次单调谐波支路并联所组成的滤波器与一个特征次数同为5次与7次的y型链式滤波器的阻抗频率特性进行比较，两个滤波器中各元件的参数值具体为：c1＝c2＝c11＝c12＝628.7603微法，l1＝0.6446豪亨，l2＝0.3288661豪亨，l11＝0.6394豪亨，l12＝0.329011豪亨，r11＝17.9954欧，r12＝12.19525欧，r13＝3.7436欧；两个滤波器的阻抗的频率特性分别如图3和图4所示，图中，曲线2表示y型滤波器的频率特性，曲线1表示2个单调谐波支路并联所组成的滤波器的频率特性，从图中可以看出，本发明的y型链式滤波器不但在其特征频率(5次250hz、7次350hz)有很小的阻抗，即有很强的滤波作用，它也避免了单调谐滤波线路在2个特征频率(250hz、350hz)之间产生的严重谐波放大。

本实施例用如图2所示的由二个单调谐滤波支路并联组成的滤波器与y型滤波器在电压为380v，合闸电压相位为90°(电压为峰值)的条件下，计算它们的电磁过渡过程，计算结果如图5、图6、图7、图8所示，从图5、图6可以看出单调谐滤波器合闸的过渡过程要持续到1.5秒方能达到稳态，从图7、图8可以看出y型滤波器合闸的过渡过程只需0.12秒就已结束。y型滤波器在接入系统时能很快阻止合闸所产生的冲击，使电路中各元件的电流、电压很快就进入稳态值，这不但减少了合闸对系统的不利影响也有利于设备的长期安全运行。

实施例二：

本实施例以一台容量为630kva，变比为10kv/0.4kv的变压器为例，采用如图9所示的3个n取2时的2次y型滤波器和2个n取3时的3次y型滤波器对该变压器产生的谐波电流进行滤波补偿，滤波器中各电容、电感和无感电阻的参数具体为：第一个2次y型滤波器的电容值分别为c1＝c2＝1571.9007微法，电感值为l1＝0.7438豪亨、l2＝0.4196豪亨，r11＝25.3500欧、r12＝18.1138欧、r13＝5.3895欧；第二个2次y型滤波器的电容值分别为c1＝943.1404微法、c2＝2829.4213微法，电感值为l1＝1.2380豪亨、l2＝0.1492豪亨，r11＝50.1589欧、r12＝11.5656欧、r13＝7.6538欧；第三个2次y型滤波器的电容值分别为c1＝1886.2808微法、c2＝2829.4213微法，电感值为l1＝0.2231豪亨、l2＝0.0761豪亨，r11＝13.8562欧、r12＝6.2754欧、r13＝2.4963欧；第一个3次y型滤波器的电容值分别为c1＝c2＝c3＝1571.9007微法，电感值为l1＝0.0551豪亨、l2＝0.0397豪亨、l3＝0.0233豪亨，r11＝5.7824欧、r12＝11.2475欧、r13＝2.1117欧，r21＝11.2475欧、r22＝2.9962欧、r23＝2.1117欧；第二个3次y型滤波器的电容值分别为c1＝c2＝c3＝1571.9007微法，电感值为l1＝0.0181豪亨、l2＝0.0151豪亨、l3＝0.0131豪亨，r11＝1.5718欧、r12＝3.3370欧、r13＝0.6087欧，r21＝3.3370欧、r22＝1.1926欧、r23＝0.6087欧；

本实施例中的变压器负荷的有功功率p＝560kw，无功功率q＝560kvar，实测到在0.4kv侧有较大的谐波电流，频谱为从2次到37次谐波，其中谐波电流较大的有5次谐波的电流为184a，7次谐波的电流为131a，11次谐波的电流为84a，13次谐波的电流为71a，17次谐波的电流为54a，19次谐波的电流为48a，23次谐波的电流为40a，25次谐波的电流为37a，29次谐波的电流为32a，31次谐波的电流为30a，35次谐波的电流为26.5a，37次谐波的电流为25a，这些谐波电流值都超过了国家标准所容许的值。

本实施例中，采用本发明的2次y型滤波器和3次y型滤波器所组成的滤波系统对变压器的谐波电流进行滤波后，630kva变压器所带的负荷的功率因数从0.7071改进为1.0，以年正常负荷运行小时数为3000小时计算，根据现行按功率因数计价的规定，可减少172200kwh的费用。

投入本发明的滤波器系统后0.4kv母线的谐波电压vhurn和谐波电流ihurn也有大幅度的降低，用谐波功率近似表示：以年正常负荷运行小时数为3000小时计算，可节约11803.62kwh的费用。

本实施例中，630kva变压器0.4kv侧的额定电流为909.32a，未投入滤波系统前总电流为1234.31a，使变压器发热严重；投入本发明的滤波器系统后工频电流从1203a下降为850a，总谐波电流从275.14a下降为94.0a，总电流由1234.31a减为856.11a，小于额定电流，变压器不再过热。

滤波器投入前，0.4kv母线的谐波电流很大，前面所列出的主要谐波电流都超标，谐波系统投入后各次谐波电流都有大幅度的减小，如5次谐波电流从184a下降到61.9a，7次谐波电流从131a下降到47a，11次电流从84a下降到33.4a，电流的减少使630kva变压器的铜损也有相应的减少，以年正常负荷运行小时数3000小时，从变压器的铜损每年可以减少100123.5kwh。

以上三项所节约电费为284127kwh，而本发明的滤波器本身的损耗只有约4.6956kw乘以3000小时，仅为14.086kwh。

本实施例还提供了如图10所示的滤波系统投入前后谐波变化的对比图，其中，方柱为用户谐波输出的谐波值，曲线2为谐波系统吸收值，曲线1为国标谐波的容许值，曲线3为-0.4kv母线注入到谐波系统的值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。