專利名稱：濾波系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾波系統(tǒng)，尤其涉及一種混合型濾波系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于非線性負(fù)載造成的諧波電流，諧波電流會(huì)干擾臨近的電力電子設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備和通訊設(shè)備，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，造成電力系統(tǒng)元器件的故障。為了減輕由諧波電流造成的此種影響，電力系統(tǒng)中一般會(huì)普遍使用諧波濾波器?，F(xiàn)有的諧波濾波器主要有三種類型一種是無源濾波器，第二種是有源濾波器，還有一種混合型濾波器。無源濾波器又稱LC濾波器，是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電路，可濾除某一次或多次諧波，最普通易于采用的無源濾波器結(jié)構(gòu)是將電感與電容串聯(lián)，可對(duì)主要諧波(3、5、7次諧波)構(gòu)成低電抗旁路。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員都了解此類設(shè)備有著諸多不足，例如成本較高、在低壓系統(tǒng)中效率較差、易造成系統(tǒng)在超前功率因數(shù)下工作，而且可能因?yàn)槌d而損壞。有源電力濾波器(APF)是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償，之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源，其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且可以既補(bǔ)諧波又補(bǔ)無功。有源濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時(shí)濾除多次及高次諧波，不會(huì)引起諧振，但是價(jià)位相對(duì)高，而且受硬件限制，在大容量場合無法使用?；旌闲蜑V波器則是無源濾波器和有源濾波器的組合，既保留了這兩種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還克服了單獨(dú)使用一種設(shè)備時(shí)的主要缺點(diǎn)。美國專利申請(qǐng)US 2005/0083627A1中公開了一種如圖1所示的電氣化鐵道用并聯(lián)混合型電力濾波器，其有源濾波器通過一耦合變壓器和一附加電感并聯(lián)，再和無源濾波器串聯(lián)接入電網(wǎng)，在該電力濾波器中使用了附加電感，作為有源濾波器和無源濾波器的耦合連接部件，由于附加電感的使用，需要進(jìn)行額外的無源調(diào)諧電路支路設(shè)計(jì)。在中國專利申請(qǐng)200510031832.0中，提供了一種諧振阻抗型混合有源電力濾波器及控制方法，該諧振阻抗型混合有源電力濾波器包括有源電力濾波器、無源電力濾波器， 有源電力濾波器的輸出接隔離變壓器的原邊，隔離變壓器的副邊與串聯(lián)諧振電路并聯(lián)后再與無源濾波器串聯(lián)，然后通過無源濾波器并入電網(wǎng)，在該方案中也使用了附加電感作為有源濾波器和無源濾波器的耦合連接部件。但是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的混合型濾波器在有源電力濾波器和無源電力濾波器并聯(lián)時(shí)多使用附加電感作耦合連接元件，會(huì)同時(shí)涉及多種參數(shù)，而這些參數(shù)都會(huì)明顯影響到該設(shè)備的正常工作。首先，需要設(shè)計(jì)調(diào)諧電路支路；第二，調(diào)諧電路支路不能處理“計(jì)劃外”的諧波，而由于整流器故障等原因常會(huì)在實(shí)際的波形中出現(xiàn)這種“計(jì)劃外”的諧波，所以現(xiàn)有技術(shù)無法對(duì)此進(jìn)行處理；第三，在前述的電力系統(tǒng)中如果使用附加電感，則會(huì)改變先前安裝的無源濾波器的特征參數(shù)，所以需要額外的無源調(diào)諧電路支路設(shè)計(jì)，而這樣會(huì)降低混合濾波器的通用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種濾波系統(tǒng)，無需使用附加電感，并且可以有著更好的濾波效為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種濾波系統(tǒng)，包括一個(gè)無源濾波器、一個(gè)有源濾波器與一個(gè)耦合變壓器，其中，所述有源濾波器連接在所述耦合變壓器的初級(jí)，所述耦合變壓器的次級(jí)與所述無源濾波器的電感元件并聯(lián)。優(yōu)選地，所述無源濾波器還包括一個(gè)電容元件，通過所述電容元件接入電網(wǎng)。優(yōu)選地，所述無源濾波器的電感元件一端連接所述電容元件，另一端接地。優(yōu)選地，所述無源濾波器的電抗率為6%。本發(fā)明實(shí)施例所提供的濾波系統(tǒng)有著更佳的濾波效果，可以處理的諧波頻率更廣，可以充分地利用有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)。由于有源濾波器是與無源濾波器現(xiàn)有的電感元件直接并聯(lián)，無需任何附加電感設(shè)計(jì)，所以電路設(shè)計(jì)更為簡單，成本也更為低廉。其濾波效果與無源濾波器電路是否進(jìn)行了調(diào)諧無關(guān)，所以，無需再根據(jù)特定的非線性負(fù)載單獨(dú)設(shè)計(jì)無源濾波器電路。當(dāng)非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流比較強(qiáng)時(shí)，有源濾波器上的電壓(包括基波電壓和諧波電壓)會(huì)比較低，這樣一來，有源濾波器對(duì)容量的要求也就比較低。由于無需為無源濾波器電路進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，也無需技術(shù)人員的專門服務(wù)，所以更易于在電力系統(tǒng)中實(shí)施。


以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種混合型濾波系統(tǒng)；圖2是圖1的等效電路圖；圖3a是本發(fā)明提供的一種濾波系統(tǒng)的實(shí)施例；圖3b是本發(fā)明提供的另外一種濾波系統(tǒng)的實(shí)施例；圖4是圖3a中實(shí)施例的等效電路圖；圖5是圖3a中實(shí)施例的一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果波形圖；圖6是圖1所示系統(tǒng)的一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果波形圖。
具體實(shí)施例方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖3a示出了本發(fā)明的一種實(shí)施例，其中，電源12通過電力線16連接非線性負(fù)載 14，電力線16包括電抗元件18，用來模擬電源12對(duì)諧波的電抗。無源濾波器2包括一個(gè)電容元件4和與其串聯(lián)的一個(gè)電感元件6。有源濾波器8控制成電流源，通過耦合變壓器10 直接與無源濾波器2的電感元件6并聯(lián)，而無源濾波器2則通過電容元件4接入電網(wǎng)，另一端則通過電感元件6接地。
不僅如此，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種在三相電力系統(tǒng)中使用的濾波系統(tǒng)，如圖 3b所示。在該實(shí)施例中，三相電源12a、12b、12c通過電力線16a、16b、16c連接非線性負(fù)載 14，三條電力線(16a、16b、16c)分別包括電抗元件18a、18b和18c，用來模擬三相電源12a、 12b、12c對(duì)諧波的電抗。電容元件4a和與其串聯(lián)的一個(gè)電感元件6a組成一個(gè)無源濾波器， 電容元件4b和與其串聯(lián)的一個(gè)電感元件6b組成一個(gè)無源濾波器，電容元件4c和與其串聯(lián)的一個(gè)電感元件6c組成一個(gè)無源濾波器。有源濾波器8控制成電流源，通過耦合變壓器 10a、10b、IOc直接與電感元件6a、6b、6c并聯(lián)，而無源濾波器則通過電容元件4a、4b、4c接入電網(wǎng)，另一端則通過電感元件6a、6b、6c接地。可以看出，在上述兩個(gè)實(shí)施例中，與電容元件串聯(lián)的電感既可以當(dāng)作無源濾波器的感抗元件，配合電容元件實(shí)現(xiàn)無源濾波器的濾波功能，又可以當(dāng)作附加電感，實(shí)現(xiàn)無源濾波器和有源濾波器在并聯(lián)時(shí)的耦合連接。在有源濾波器8的主電路中，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的單相或者三相橋式結(jié)構(gòu)，而且，可以使用IGBT作為開關(guān)器件，通過驅(qū)動(dòng)電路提供控制信號(hào)。利用前饋控制、反饋控制或者綜合反饋控制來控制有源濾波器。有源濾波器的諧波檢測(cè)單元采用現(xiàn)有技術(shù)中的自適應(yīng)噪聲抵消(adaptivenoise cancellation)原理來檢測(cè)各諧波分量。為了提高控制的穩(wěn)定性，有源濾波器還采用濾波增益在線調(diào)節(jié)(filter gain online adjusting)技術(shù)，并且可以采用分頻移相(frequency division phase shift)技術(shù)來提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。
式
iSh =
圖4所示為圖3a中的實(shí)施例的等效電路圖，其中
Zch為h次諧波時(shí)無源濾波器的電容電抗，
Zlh為h次諧波時(shí)無源濾波器的電感電抗，
Ish為h次諧波時(shí)電網(wǎng)側(cè)電流的諧波分量，
Ilh為h次諧波時(shí)非線性負(fù)載側(cè)電流的諧波分量，
為h次諧波時(shí)流入濾波系統(tǒng)的電流， Vsh為h次諧波時(shí)電網(wǎng)諧波電壓， Zsh為h次諧波時(shí)電網(wǎng)對(duì)諧波的電抗， iAPF為h次諧波時(shí)有源濾波器的輸出電流。 將有源濾波器控制為一個(gè)受控電流源，假設(shè)
Iapf — ^s · ish(1)
根據(jù)公式(1)，將無源濾波器控制為一個(gè)受控電流源，根據(jù)圖4，可以得到以下公
_I_V/+_Zch +zUr_(2)
⑶
1
Z 1
h Zc
知已
zIh — ^Z11
Zd' h
其中，
Z11為無源濾波器電感元件的基波電抗，Zcl為無源濾波器電容元件的基波電抗。將公式(3)代入公式(2)，可以得到
權(quán)利要求
1.一種濾波系統(tǒng)，其特征在于，包括一個(gè)無源濾波器(2)、一個(gè)有源濾波器(8)與一個(gè)耦合變壓器(10)，其中，所述有源濾波器(8)連接在所述耦合變壓器(10)的初級(jí)，所述耦合變壓器(10)的次級(jí)與所述無源濾波器(2)的電感元件(6)并聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述無源濾波器(2)還包括一個(gè)電容元件(4)，通過所述電容元件(4)接入電網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求2所述的濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述無源濾波器(2)的電感元件(6)— 端連接所述電容元件(4)，另一端接地。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述無源濾波器(2)的電抗率為6%。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種濾波系統(tǒng)，包括一個(gè)無源濾波器、一個(gè)有源濾波器與一個(gè)耦合變壓器，其中，所述有源濾波器連接在所述耦合變壓器的初級(jí)，所述耦合變壓器的次級(jí)與所述無源濾波器的電感元件并聯(lián)。利用本發(fā)明所提供的濾波系統(tǒng)，可以處理的諧波頻率更廣，充分地利用有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)，無需附加電感設(shè)計(jì)，成本也更為低廉。
文檔編號(hào)H02J3/01GK102222910SQ201010150068
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者劉祥, 林順富 申請(qǐng)人:西門子公司