专利名称：特定频率电流旁路的滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种并网滤波器，特别涉及一种连接PWM变流器装置与公共电网(即并网)的特定频率电流旁路滤波器。
背景技术：
随着社会经济的发展，传统能源日益紧张，新型清洁能源(如太阳能、燃料电池、 风能等)发电技术越来越受到人们的关注，但是，这些再生能源在并网发电时就需要DC/AC 变流器进行直流/交流电压变换。同时考虑到“绿色”电网的要求，PWM(脉冲宽度调整)整流，PFC(功率因数校正)电路，有源电力滤波器等装置的使用也越来越普遍。这些电力电子变换装置与公共电网之间一般要通过一个低通滤波器相连接，防止过量开关次电流谐波注入公共电网。目前，上述低通滤波器主要包括三类1、单电感组成的一阶低通滤波器。这种滤波器优点在于结构简单，因而组成PWM 变流器系统控制简单。但要对开关次谐波形成足够衰减，电感的电感量必须比较大，体积和价格都相对很高。2、一个电感与一个电容组成的二阶低通滤波器。这种滤波器结构相对简单，相应的变流器系统控制容易受电网参数变化的影响，同时引入额外的无功电流。3、由两个电感与一个电容组成的LCL(电感-电感-电容)的三阶低通滤波器以及改进型。由于是三阶低通，能对开关次谐波形成足够衰减，电感的电感量可适当减少；但相应的变流器控制相对复杂，同时引入额外的无功电流。另外，虽然也有些LCL滤波器在旁路上增加了电感，但是，增加该电感的目的是为了降低LCL滤波器的电容支路所串接的无源阻尼电阻的功率损耗；另有些LCL滤波器设计者为了减少滤波器的体积，将两个电感同时绕接在同一磁芯上，这样在电容支路上也会形成的附加等效电感。以上两种情况，附加的电感都并没有考虑到与电容C形成一特定频率的谐振电路，为流过主滤波电感的纹波电流低阻抗通道；因而不能实现期望的电感量小、附加额外的无功电流小的功效。
发明内容
本发明的目的是提供一种电感量小、附加额外的无功电流小且成本低的特定频率电流旁路滤波器，以便克服现有技术的上述连接电网与PWM变流器之间的低通滤波器所存在的不足。为了实现上述发明目的，本发明所提供的特定频率电流旁路的滤波器，包括一主滤波电感、一辅助滤波电感，其特征在于还包括一由电感和一电容组成的特定频率串联谐振电路，其串联谐振频率与流过主滤波电感的纹波电流频率相对应。进一步，所述串联谐振频率与流过主滤波电感的纹波电流频率相同或相近。再进一步，所述串联谐振频率与流过主滤波电感的纹波电流频率的整数倍相同或
3相近。而且，上述主滤波电感、辅助滤波电感、串联谐振电路可以是电感量可以调节的可变电感。上述串联谐振电路电容是电容量可以调节的可变电容。本发明提供的特定频率电流旁路滤波器，由于上述电感和电容组成了一设定的串联谐振电路，并且串联谐振频率与流过主滤波电感的纹波电流频率相同或相近，或是流过主滤波电感的纹波电流频率的整数倍相同或相近，从而为开关纹波电流提供了低阻抗通道，根据上述技术方案得到的特定频率电流旁路滤波器以及相应并网PWM变流器装置能够达到下述优点1、与传统L型滤波器相比，在注入电网的电流的总畸变率要求相同的前提下，推荐方案的电感总容量大为下降。2、与传统LC或LCL滤波器相比，在注入电网的电流的总畸变率要求相同的前提下，推荐方案的电感总容量下降；附加的额外无功电流大为减少。
图1为本发明的并网滤波器的电路原理图。图2是本发明的第一实施例的一个示意电路图。图3是本发明的第一实施例的另一个示意电路4是本发明的第二实施例的示意电路图。图5是本发明的第三实施例的示意电路图。图6是本发明的第四实施例的示意电路图。图7是本发明的第五实施例的示意电路图。图8是本发明的第六实施例的示意电路图。图9是本发明的第七实施例的示意电路图。图10是本发明的第八实施例的示意电路图。图11是本发明的第九实施例的示意电路图。图12是本发明的第十实施例的示意电路图。图13是本发明的第十一实施例的示意电路图。图14是本发明的第十二实施例的示意电路图。图15是本发明的第十三实施例的示意电路图。图16是本发明的第十四实施例的示意电路图。以下结合附图和具体实施例来进一步说明本发明。
具体实施例方式图1是本发明的原理图。在三相电流的情况，通常有三个电路，而在两相电流的情况，有一个相电路。在每一相电流电路中，变流器1接收其他能源例如新型清洁能源(如太阳能、燃料电池、风能等)的电源通过主滤波电感Li、一辅助滤波电感L2、输入到公共交流电网GRID ；另外，由电感L3和一电容C组成一特定频率的串联谐振电路，其串联谐振频率与流过主滤波电感Ll的纹波电流频率相同或相近，或与流过主滤波电感的纹波电流频率的整数倍相同或相近。上述主滤波电感Li、一辅助滤波电感L2、谐振电感L3和旁路电容C构成本发明的滤波器，它具有特定频率电流旁路(串联谐振电路)。图2是本发明的图1所示的第一实施例的滤波器在正常使用条件下的一个示意图。PWM变流器可视为一个特定的电压源1，主滤波电感Li、一辅助滤波电感L2、电感L3和一电容C组成本发明的滤波器2。本发明通过对主滤波电感电流的反馈控制和电流调节，电压源1作用于主滤波电感Ll形成一个特定的电流源，该电流源包含期望值以及与开关纹波相关的特定频率谐波部分，开关纹波电流通过特定频率滤波器2的谐振支路被旁路，而只有期望值部分电流被有效注入公共交流电网3 (GRID)。图3是本发明的图1所示的第一实施例的滤波器在正常使用条件下的另一变化的示意图。PWM变流器可视为一个特定的电压源1，主滤波电感Li、一辅助滤波电感L2、电感 L3和一电容C组成本发明的滤波器2。本发明通过对辅助的滤波电感电流的反馈控制和电流调节，电压源1作用于主滤波电感Ll形成一个特定的电流源，该电流源包含期望值以及与开关纹波相关的特定频率谐波部分，开关纹波电流通过特定频率滤波器2的谐振支路被旁路，而只有期望值部分电流被有效注入公共交流电网3 (GRID)。图4是本发明的第二实施例的示意电路图。与第一实施例相比，其区别在于所述主滤波电感由电感Lll和L12组成，辅助电感由电感L21和L22组成其中，电感Lll和L12 分别与所述串联谐振电路串联，电感L21和L22也分别与所述串联谐振电路串联。而串联谐振电路仍然由谐振电感L3和电容C组成。图5是本发明的第三实施例的示意电路图。与第一实施例相比，其区别在于所述辅助滤波电感L2与一电阻RP2并联，而串联谐振电路仍然由谐振电感L3和电容C组成。图6是本发明的第四实施例的示意电路图。与第一实施例相比，其区别在于所述谐振电感L3采用一可调节电感。图7是本发明的第五实施例的示意电路图。与第一实施例相比，其区别在于所述谐振电容C采用一可调节电容。图8是本发明的第六实施例的示意电路图。与第一实施例相比，其区别在于所述辅助滤波电感L2采用一可调节电感。图9是本发明的第七实施例的示意电路图。与第一实施例相比，其区别在于所述振电感L3与一电阻RP3并联。图10是本发明的第八实施例的示意电路图。与第一实施例相比，其区别在于所述旁路电容C与一电阻RPC并联。图11是本发明的第九实施例的示意电路图。与第一实施例相比，其区别在于所述旁路电容C与一电阻RS串联。图12是本发明的第十实施例的示意电路图。与第一实施例相比，其区别在于所述辅助滤波电感L2由并网变压器T的漏感代替。图13是本发明的第十一实施例的示意电路图。与第一实施例相比，其区别在于所述辅助滤波电感L2由并网变压器T的漏感代替，且谐振支路串联一电阻Rs。图14是本发明的第十二实施例的示意电路图。与第一实施例相比，其区别在于所述主滤波电感Ll是可变电感上述实施例都是在两相电流的情况。同样，在三相电流中也可以适用。上述通过采用可变电感或和可变电容，使得更加容易使串联谐振电路的谐振频率调整到与流过主滤波电感的纹波电流频率相同或相近，或是流过主滤波电感的纹波电流频率的整数倍相同或相近。另外，通过在电感或电容上并联或串联电阻，可以起到无源阻尼的作用，防止系统谐振。图15是本发明的第十三实施例的示意电路图。在该实施例应用在星形接法的三相电流电路中，Lal为主滤波电感、La2为辅助滤波电感、La3为谐振电感，Ca为旁路电容， 它们构成一相中的滤波器，其中，谐振电感La3和旁路电容Ca构成本发明的滤波器的串联谐振电路。同样，在另一相中，Lbl为主滤波电感、Lb2为辅助滤波电感、Lb3为谐振电感，Cb 为旁路电容，它们构成该相中的滤波器，其中，谐振电感Lb3和旁路电容Cb构成本发明的滤波器的串联谐振电路。在第三相中，Lcl为主滤波电感、Lc2为辅助滤波电感、Lc3为谐振电感，Cc为旁路电容，它们构成该相中的滤波器，其中，谐振电感Lc3和旁路电容Cc构成本发明的滤波器的串联谐振电路。图16是本发明的第十四实施例的示意电路图。在该实施例应用在三角形接法的三相电流电路中，Lal为主滤波电感、La2为辅助滤波电感、La3为谐振电感，Ca为旁路电容， 它们构成一相中的滤波器，其中，谐振电感La3和旁路电容Ca构成本发明的滤波器的串联谐振电路。同样，在另一相中，Lbl为主滤波电感、Lb2为辅助滤波电感、Lb3为谐振电感，Cb 为旁路电容，它们构成该相中的滤波器，其中，谐振电感Lb3和旁路电容Cb构成本发明的滤波器的串联谐振电路。在第三相中，Lcl为主滤波电感、Lc2为辅助滤波电感、Lc3为谐振电感，Cc为旁路电容，它们构成该相中的滤波器，其中，谐振电感Lc3和旁路电容Cc构成本发明的滤波器的串联谐振电路。在本发明的特定频率电流旁路的滤波器，上述辅助滤波电感可由变压器漏感或电网等效电感组成。另外，上述述串联谐振电路支路上的电感和电容的物理位置可以对调。对本领域的技术人员来说，在上述实施例第十三与第十四实施例中，每一相电路的滤波器可以采用图4到图14的第二实施例到第十二实施例的任一电路。这里就不再列举。通过以上描述，可以发现，本发明的发明人由于通过研究，发现了只有通过在电流旁路上设置由电感和电容组成的串联谐振电路，并且使得该串联谐振电路的谐振频率与流过主滤波电感的纹波电流频率相同或相近，或是流过主滤波电感的纹波电流频率的整数倍相同或相近，才能为开关纹波电流提供一低阻抗通道，从而有效地减少电感总容量并使附加的额外无功电流大为减少，从而大大地减少料设备成本，达到了很好的技术效果。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
权利要求
1.一特定频率电流旁路的滤波器，包括一主滤波电感、一辅助滤波电感，其特征在于还包括一由电感和一电容组成的特定频率串联谐振电路，其串联谐振频率与流过主滤波电感的纹波电流频率相对应。
2.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述串联谐振频率与流过主滤波电感的纹波电流频率相同或相近。
3.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述串联谐振频率与流过主滤波电感的纹波电流频率的整数倍相同或相近。
4.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述串联谐振电路的电感是可变电感。
5.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述串联谐振电路的电容是可变电容。
6.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述串联谐振电路的电容并联一电阻。
7.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述串联谐振电路的电感并联一电阻。
8.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述串联谐振电路支路上串联一电阻。
9.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于主滤波电感是可变电感。
10.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于辅助滤波电感是可变电感。
11.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述主滤波电感并联一电阻。
12.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述辅助滤波电感并联一电阻。
13.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述主滤波电感由两个分别与所述串联谐振电路的两端串联的电感组成。
14.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述辅助滤波电感由两个分别与所述串联谐振电路的两端串联的电感组成。
15.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述辅助滤波电感可由变压器漏感或电网等效电感组成。
16.如权利要求1所述的特定频率电流旁路的滤波器，其特征在于所述串联谐振电路支路上的电感和电容的物理位置可以对调。
全文摘要
本发明提供一特定频率电流旁路的滤波器，它包括一主滤波电感、一辅助滤波电感，其特征在于还包括一由电感和一电容组成的特定频率串联谐振电路，其串联谐振频率与流过主滤波电感的纹波电流频率相对应。本发明通过在电流旁路上设置由电感和电容组成的串联谐振电路，并且使得该串联谐振电路的谐振频率与流过主滤波电感的纹波电流频率相同或相近，或是流过主滤波电感的纹波电流频率的整数倍相同或相近，为开关纹波电流提供一低阻抗通道，从而有效地减少电感总容量并使附加的额外无功电流大为减少，从而大大地减少料设备成本，达到了很好的技术效果。
文档编号H02J3/01GK102468651SQ20101054167
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者吴卫民 申请人:吴卫民