基于现场自调适应的lcl无源滤波器的制造方法
【专利摘要】基于现场自调适应的LCL无源滤波器，包括逆变器侧滤波电感L1、网侧滤波电感L2、滤波电容C、阻尼电阻R和继电器K，还包括霍尔电流互感器和CPU，霍尔电流互感器与CPU串联连接在电路中，CPU与继电器K电连接；在串联连接的逆变器侧滤波电感L1和网侧滤波电感L2之间连接至少一个包含滤波电容C和阻尼电阻R的电路，该电路的另一端连接至三相星型公共点，同时，该电路由三个并联的单元构成，其每个单元又包括串并联的五个线路，该线路上分别串联连接滤波电容C、阻尼电阻R和继电器K；继电器K向下依次连接阻尼电阻R和滤波电容C。保证逆变器系统稳定运行，系统可靠性和鲁棒性较高，功率损耗小，结构简单，应用广泛。
【专利说明】基于现场自调适应的LCL无源滤波器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及IPC国际分类H02P电动机、发电机、或机电变换器的控制或调节 设备装置，尤其是基于现场自调适应的LCL无源滤波器。
【背景技术】
[0002] 无源滤波器，是传统的谐波补偿装置，又称LC滤波器，就是该装置不需要额外提 供电源。是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波， 最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7)构成低 阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。LC滤波器一般是 由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无 功补偿的需要；LC滤波器按照功能分为低通滤波器、LC带通滤波器、高通滤波器、LC全通滤 波器、LC带阻滤波器；按调谐又分为单调谐滤波器、双调谐滤波器及三调谐滤波器等几种。 其中具有电感-电容-电感结构的滤波器也称LCL滤波器。
[0003] 为抑制开关频率输出电流谐波，LCL滤波器在电压源PWM控制逆变器中成为首选， 它与L型或LC型滤波器相比，LCL滤波器对电流高频分量具有更强的抑制能力，LCL的不同 比例组合使滤波器在高频段有不同的衰减特性，而低频段增益与L型或LC型滤波器相同。 显然，LCL滤波器通过引入电容C，使高频衰减显著增强，有利于抑制开关纹波。但是LCL滤 波器的引入又带来了新的问题：LCL的引入使滤波器由一阶系统变为三阶系统，高速永磁 电机调速范围宽，由于滤波器的存在，会使电机电流产生相移，并且相移跟随转速变化，此 时高速电机系统在非线性、参数摄动、负载扰动和未建模动态的综合作用下，其鲁棒性和转 矩、转速的动态跟踪精度难以保证。其中，鲁棒是Robust的音译，是在异常和危险情况下系 统生存的关键。即使在有源电力滤波器中应用LCL滤波器也具有高频阻带性能好、低频补 偿性能强等优点，但其参数确定仍困难。现有LCL型滤波器中包括的三个参数为相对固定 值，如经不恰当的设计却不能基于现场可调则必然将降低滤波性能，甚至引起谐振、不稳定 等问题。
[0004] 公知技术中公开较多，霍尔互感器可广泛应用与变频调速装置、逆变装置、UPS电 源、逆变焊机、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测电流电压 的各个领域中。霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理，当原边电流产生的磁 通通过高品质磁芯集中在磁路中，霍尔元件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多 匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。经 过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。连接安装时， 原边导线应放置于传感器内孔中心，尽可能不要放偏；原边导线尽可能完全放满传感器内 孔，不要留有空隙。闭环原理的霍尔电流传感器较多，基本应用方式是传感器检测前端情 况，输出信号给信号采集装置，由信号采集装置经过采集、信号转换等步骤，有线传输至控 制中心，由控制中心统一进行监控。开环的霍尔电流传感器采用的是霍尔直放式原理，闭环 的霍尔电流传感器采用的是磁平衡原理。所以闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很 多。开环和闭环都可以监测交流电，一般开环的适用于大电流监测，闭环适用于小电流监 测。
[0005] 公知技术中，霍尔电流互感器只能必须串联在电路中，DSP实时采集电网侧电压， 通过傅里叶分析，计算出各次谐波分量，然后控制继电器的投切工作。在应用时，配合安装 霍尔电流互感器和CPU控制器件连接后形成自动调节的工作系统。 实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的是提供一种基于现场自调适应的LCL无源滤波器，提高工作 稳定性和参数设置的可靠性能。
[0007] 本实用新型的目的将通过以下技术措施来实现：包括逆变器侧滤波电感L1、网侧 滤波电感L2、滤波电容C、阻尼电阻R和继电器K，还包括霍尔电流互感器和CPU，霍尔电流 互感器与CPU串联连接在电路中，CPU与继电器K电连接；在串联连接的逆变器侧滤波电感 L1和网侧滤波电感L2之间连接至少一个包含滤波电容C和阻尼电阻R的电路，该电路的另 一端连接至三相星型公共点，同时，该电路由三个并联的单元构成，其每个单元又包括串并 联的五个线路，该线路上分别串联连接滤波电容C、阻尼电阻R和继电器K。有CPU通过霍 尔电流互感器采集的电流信息，经过分析计算出此时高次谐波的大小，同时要求不能产生 谐振，这时CPU会根据之前存储的经验算法给出电阻值和电流值的范围。随即发出指令改 变继电器状态，控制电阻可以根据并联改变阻值，电容可以根据并联改变容值大小，这样就 改变了电阻R和电容C的值。
[0008] 本实用新型的优点和效果：采用闭环原理并网电流单环反馈控制，即可保证逆变 器系统稳定运行，无需复杂的反馈控制算法和额外的电压或电流传感器，系统可靠性和鲁 棒性较高，系统功率损耗小结构简单，应用很广泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为本实用新型实施例1结构示意图。
[0010] 附图标记包括：逆变器侧滤波电感L1、网侧滤波电感L2、滤波电容C、阻尼电阻 R、继电器K。
【具体实施方式】
[0011] 本实用新型原理在于，通过切换继电器来改变电阻的接通电阻以及电容的接通电 容，同时通过霍尔电流互感器检测谐波电流值，然后实时调节以上R、C的参数，合理避开谐 振点。
[0012] 本实用新型包括：逆变器侧滤波电感L1、网侧滤波电感L2、滤波电容C、阻尼电阻R 和继电器K，还包括霍尔电流互感器和CPU，霍尔电流互感器与CPU串联连接在电路中，CPU 与继电器K电连接。
[0013] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0014] 实施例1 :如附图1所示，在串联连接的逆变器侧滤波电感L1和网侧滤波电感L2 之间连接至少一个包含滤波电容C和阻尼电阻R的电路，该电路的另一端连接至三相星型 公共点，同时，该电路由三个并联的单元构成，其每个单元又包括串并联的五个线路，该线 路上分别串联连接滤波电容C、阻尼电阻R和继电器K。
[0015] 前述中，继电器Κ向下依次连接阻尼电阻R和滤波电容C。
[0016] 前述中，CPU通过霍尔电流互感器检测现场磁通变化及时通过分析计算后调控继 电器接入或断开对应数量单元，以自动保持工作稳定。其中，霍尔电流传感器基于磁平衡式 霍尔原理，即闭环原理，当原边电流IP产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中，霍尔元 件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原 边IP产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。如经过特殊电路的处理，传感器的输出 端能够输出精确反映原边电流的电流变化。
[0017] 前述中，在三相的串联连接的逆变器侧滤波电感L1和网侧滤波电感L2之间连接 至少一个包含滤波电容C和阻尼电阻R的电路，该电路的另一端连接至三相星型公共点。
[0018] 前述中，当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感应电动势将阻止电流的 变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电 流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小 时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的 减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极 管的导通角增大。
[0019] 本实用新型中，将多组的滤波电容C和阻尼电阻R串并联连接，并有CPU通过霍尔 电流互感器根据现场磁通动态变化及时通过继电器精确调整总阻尼电阻和总滤波电容 C&并实现进一步及时对滤波电容C的谐振尖峰进行有效抑制，以保证并网逆变器系统稳 定运行。
[0020] 本实用新型中，为取得好的补偿效果需要对补偿电流大小、开关频率和逆变器测 电压等因素进行分析，设计出合理L、C、R的参数。在电感器L的选取上，根据软硬件设计选 取合适的参数，但是要想使用户获得满意的治理效果，须基于现场情况适当调节电容和阻 尼电阻的参数。如果参数设计固定后，有源滤波器开机过程中，有可能会产生谐振，通过合 理调整C或R可以有效避开谐振点，这样可以实现软开机。
[0021] 具体的总阻尼电阻和总滤波电容调整和计算方法包括：
[0022] 阻尼电阻计算方法：
[0023] 1)并联电阻：1/R总=1/ (1^+1/%+1/1?3+......)
[0024] 2)串联电阻：R总=1^+1^2+1^3+ ····· ·
[0025] 滤波电容计算方法：
[0026] 1)并联电容：......
[0027] 2)串联电容：1/C总=1/ ((^+1/(：2+1/(：3+......)
[0028] 根据检测谐波电流值的大小，然后通过计算选择合适的通道，接通合适的R或C， 达到合理滤除高次谐波和避开谐振点的作用。
[0029] 本实用新型在应用时，配合安装霍尔电流互感器和CPU控制器件连接后形成自动 调节的工作系统。
【权利要求】
1.基于现场自调适应的LCL无源滤波器，包括逆变器侧滤波电感L1、网侧滤波电感 L2、滤波电容C、阻尼电阻R和继电器K，还包括霍尔电流互感器和CPU，霍尔电流互感器与 (PU串联连接在电路中，CPU与继电器K电连接；其特征在于，在串联连接的逆变器侧滤波电 感L1和网侧滤波电感L2之间连接至少一个包含滤波电容C和阻尼电阻R的电路，该电路 的另一端连接至三相星型公共点，同时，该电路由三个并联的单元构成，其每个单元又包括 串并联的五个线路该线路上分别串联连接滤波电容C、阻尼电阻R和继电器K ;继电器K向 下依次连接阻尼电阻R和滤波电容C。
【文档编号】H02J3/01GK203850834SQ201420039192
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】王伟刚 申请人:上海仁广实业发展有限公司