濾波器設(shè)備、用于濾除輸電或配電系統(tǒng)中的諧波的方法以及這種系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及濾波器設(shè)備以及用于濾除輸電或配電系統(tǒng)中的諧波的方法。此外，本 發(fā)明涉及包括濾波器設(shè)備的輸電或配電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓直流（HVDC)配電網(wǎng)絡(luò)或者HVDC輸電或配電系統(tǒng)將直流（DC)用于傳輸或分 配電力，與更常見交流（AC)系統(tǒng)形成對(duì)照。對(duì)于長(zhǎng)距離傳輸或分配，HVDC系統(tǒng)可以不太昂 貴，并且可遭受較低電損耗。但是，HVDC系統(tǒng)也可用于短距離傳輸或分配。一般來說，HVDC 輸電或配電系統(tǒng)包括：至少一個(gè)直流輸電或配電線，例如長(zhǎng)距離HVDC環(huán)節(jié)或電纜，用于將 直流攜帶長(zhǎng)距離、例如海底；以及轉(zhuǎn)換器或者轉(zhuǎn)換器站，用于將交流轉(zhuǎn)換成直流以供輸入到 HVDC輸電或配電系統(tǒng)，并且用于將直流又轉(zhuǎn)換成交流以供輸入到高壓AC電力系統(tǒng)。HVDC 輸電或配電系統(tǒng)還可用作背靠背系統(tǒng)，以用于互連可能相互遠(yuǎn)離或者相互接近的兩個(gè)異步 AC網(wǎng)絡(luò)。在背靠背系統(tǒng)中，HVDC輸電或配電系統(tǒng)可從第一AC網(wǎng)絡(luò)獲取電力，將它轉(zhuǎn)換為直 流，并且將它傳送給第二AC網(wǎng)絡(luò)，其可遠(yuǎn)離或接近第一AC網(wǎng)絡(luò)，其中直流又轉(zhuǎn)換成交流以 供輸入到第二AC網(wǎng)絡(luò)。
[0003] 連接到AC電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器、例如高壓直流的轉(zhuǎn)換器站中包含的轉(zhuǎn)換器根據(jù)其 操作原理生成其AC側(cè)的諧波電流和其DC側(cè)的諧波電壓。在這個(gè)上下文中，大體上，只有對(duì) AC系統(tǒng)的基頻的階數(shù)n=kXp±l的諧波在AC側(cè)發(fā)生以及階數(shù)n=kXp的諧波在DC側(cè)發(fā)生， P是轉(zhuǎn)換器的脈沖數(shù)，k是正整數(shù)。其它階數(shù)的諧波也可在這種電力系統(tǒng)中發(fā)生，通過例如 AC系統(tǒng)的各相之間的不對(duì)稱性所引起。
[0004] 為了降低輸電或配電系統(tǒng)中包含的組件（例如發(fā)電機(jī)和變壓器）上例如采取組件 的發(fā)熱形式并且源自諧波的應(yīng)力，以及滿足關(guān)于對(duì)輸電或配電系統(tǒng)的影響和電信擾動(dòng)所進(jìn) 行的要求，一般安裝濾波器以限制輸電或配電系統(tǒng)中的擾動(dòng)的傳播。低階諧波、例如對(duì)應(yīng)于 k=l的諧波以及對(duì)于6脈沖轉(zhuǎn)換器還有對(duì)應(yīng)于k=2的諧波一般經(jīng)過調(diào)諧成這些諧波的濾波 器來濾除，而高階諧波可經(jīng)過高通濾波器來濾除。濾波器由無源組件組成，以及在確定尺寸 期間，可考慮AC側(cè)的濾波器用作生成無功功率的構(gòu)件。但是，一般來說，對(duì)于高壓直流電力 的轉(zhuǎn)換器站的無功功率的生成的要求可要求在AC側(cè)安裝一個(gè)或多個(gè)更高電壓電容器組。 在某些情況下，可需要在轉(zhuǎn)換器的DC側(cè)也安裝調(diào)諧濾波器和高通濾波器。在高壓直流的轉(zhuǎn) 換器站中，濾波器和電容器組構(gòu)成站組件，其本質(zhì)上影響站的功能、容量和成本。
[0005] -般來說，調(diào)諧濾波器設(shè)計(jì)為串聯(lián)諧振電路，其中包括電容、電感以及有時(shí)還有電 阻阻抗元件，調(diào)諧成使得在輸電或配電系統(tǒng)所預(yù)計(jì)的諧波頻率的一個(gè)或多個(gè)，它們呈現(xiàn)完 全電阻阻抗。
[0006] 在窄帶濾波器中，濾波器中包含的阻抗元件的電抗的小變化可引起濾波器功能的 顯著退化。這種變化例如可通過電容阻抗元件的一個(gè)部分的故障引起。
[0007] 通過例如溫度變化或老化所引起的系統(tǒng)頻率的變化和組件值的漂移使得盡管沒 有直接故障在濾波器中發(fā)生，但是一般難以保持令人滿意或準(zhǔn)確的調(diào)諧，這又引起受損輸 電或配電及其受損控制。解決系統(tǒng)頻率的變化和組件值的變化的一種方式是使濾波器足夠 寬以應(yīng)對(duì)變化。還提出提供可調(diào)諧濾波器，其提供濾波器的（一個(gè)或多個(gè)）諧振頻率的調(diào) 整。
[0008] KR10-1007388公開一種可調(diào)諧帶通濾波器，其被提供以通過對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行帶 通濾波來對(duì)預(yù)期信號(hào)有選擇地濾波。
[0009] CN102185323-A描述一種包括機(jī)械晶閘管投切電容器的無功補(bǔ)償控制器，機(jī)械晶 閘管投切電容器包括四組分級(jí)補(bǔ)償電容器和一組完全補(bǔ)償電容器。
[0010] US4769751公開通過依靠固定和可切換電感和電容補(bǔ)償元件所執(zhí)行的AC網(wǎng)絡(luò)之 間的DC饋電線的同時(shí)功率和電壓控制。
[0011] CN101022219-A描述一種用于消除諧波并且補(bǔ)償功率的裝置，其中濾波器通過多 個(gè)開關(guān)組來連接到多個(gè)AC接觸器和電容器。
[0012] CN101630841-A公開一種包括電容器組的動(dòng)態(tài)諧波濾波器。
[0013] US2007/0237273-A1描述一種用于對(duì)復(fù)雜信號(hào)進(jìn)行濾波、具有自動(dòng)調(diào)諧能力的復(fù) 雜濾波器。調(diào)諧單元能夠生成多個(gè)控制信號(hào)，以便將復(fù)雜濾波器調(diào)諧到預(yù)定頻率。
[0014] US5568042-A公開了電力網(wǎng)絡(luò)中的濾波器的監(jiān)測(cè)和控制。公開一種調(diào)諧單元，其 包括電抗器和四個(gè)電容器。與電抗器串聯(lián)連接的電容器的數(shù)量可通過采取機(jī)械觸點(diǎn)形式的 開關(guān)構(gòu)件來控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供允許輸電或配電系統(tǒng)中的改進(jìn)濾波的設(shè)備和方法。
[0016] 本發(fā)明的上述目的通過提供包括至少一個(gè)濾波器的濾波器設(shè)備來達(dá)成。各濾波器 是可調(diào)諧的，并且包括至少一個(gè)電容器布置。電容器布置包括多個(gè)第一電容器、多個(gè)第二電 容器和多個(gè)開關(guān)。各開關(guān)在非導(dǎo)通模式與導(dǎo)通模式之間是可切換的。多個(gè)第二電容器和多 個(gè)開關(guān)設(shè)置成在不同電位連接或斷開第二電容器，以便通過調(diào)整濾波器的電容對(duì)濾波器進(jìn) 行調(diào)諧。
[0017] 至少一個(gè)濾波器可配置用于諧波濾除。通過按照本發(fā)明的濾波器設(shè)備，提供輸電 或配電系統(tǒng)中的改進(jìn)濾波。濾波得到改進(jìn)，因?yàn)樘峁┮环N濾波器，其具有充分小的尺寸，對(duì) 于制造和安裝是有效的，并且具有所需濾波器性能。濾波器的安裝是有效的并且得到促進(jìn)， 因?yàn)闉V波器例如因其減小的尺寸而占據(jù)較少空間，并且因而更節(jié)省成本。濾波器的制造是 有效的并且得到促進(jìn)，因?yàn)榭墒褂脴?biāo)準(zhǔn)化組件，由此降低制造成本。所需和有效的濾波器性 能還通過濾波器設(shè)備所提供的改進(jìn)調(diào)諧來達(dá)成。通過濾波器的改進(jìn)調(diào)諧，提供輸電或配電 系統(tǒng)中的諧波的改進(jìn)濾除。諧波可由轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器站來生成，或者可在輸電或配電系統(tǒng) 或網(wǎng)絡(luò)中的其它位置發(fā)生或生成。通過改進(jìn)濾波，提供輸電或配電系統(tǒng)中的改進(jìn)輸電或配 電以及輸電或配電的改進(jìn)控制。通過按照本發(fā)明的濾波器的改進(jìn)調(diào)諧，提供具有陡峭阻抗 和較高Q值的可調(diào)諧濾波器。濾波器的調(diào)諧頻率可逐步調(diào)整或改變，或者換言之按照連續(xù) 步長(zhǎng)來調(diào)整或改變。通過按照本發(fā)明的實(shí)施例的濾波器設(shè)備，可有效地調(diào)整濾波器的電容， 以便補(bǔ)償組件的溫度變化和系統(tǒng)頻率變化。濾波器的電容可有效地逐步調(diào)整，以及濾波器 的調(diào)諧頻率因而有效地逐步調(diào)整。
[0018] 除了電容器布置的電容器之外，各濾波器還可包括一個(gè)或多個(gè)附加電容器。所述 多個(gè)第一電容器可相互串聯(lián)連接。
[0019] 按照本發(fā)明的濾波器設(shè)備的一實(shí)施例，電容器布置包括多個(gè)第一電容器的串聯(lián)連 接，其中多個(gè)第二電容器和多個(gè)開關(guān)設(shè)置成在不同電位將第二電容器與多個(gè)第一電容器的 串聯(lián)連接相連接或斷開。通過這個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步促進(jìn)濾波器的電容的調(diào)整，并且提供濾波 器的改進(jìn)調(diào)諧和改進(jìn)濾波。
[0020] 按照本發(fā)明的濾波器設(shè)備的又一實(shí)施例，電容器布置包括相互串聯(lián)連接的多個(gè)并 聯(lián)連接，各并聯(lián)連接包括多個(gè)第一電容器的第一電容器以及多個(gè)第二電容器的至少一個(gè)第 二電容器和多個(gè)開關(guān)的開關(guān)的至少一個(gè)串聯(lián)連接，并且在各并聯(lián)連接中，第一電容器與至 少一個(gè)第二電容器和開關(guān)的至少一個(gè)串聯(lián)連接并聯(lián)連接。通過這個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步改進(jìn)濾 波器的電容的調(diào)整，并且提供濾波器的進(jìn)一步改進(jìn)調(diào)諧和進(jìn)一步改進(jìn)濾波。
[0021] 按照本發(fā)明的濾波器設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例，第一電容器具有基本上相同的電容。 通過這個(gè)實(shí)施例，電容器布置的電容能夠有效地逐步調(diào)整，以及濾波器的調(diào)諧頻率因而能 夠有效地逐步調(diào)整，由此提供濾波器的進(jìn)一步改進(jìn)調(diào)諧和進(jìn)一步改進(jìn)濾波。
[0022] 按照本發(fā)明的濾波器設(shè)備的又一個(gè)實(shí)施例，第二電容器具有基本上相同的電容。 通過這個(gè)實(shí)施例，電容器布置的電容能夠有效地逐步調(diào)整，以及濾波器的調(diào)諧頻率因而能 夠有效地逐步調(diào)整，由此提供濾波器的進(jìn)一步改進(jìn)調(diào)諧和諧波的進(jìn)一步改進(jìn)濾除。一般來 說，當(dāng)?shù)诙娙萜魍ㄟ^開關(guān)來斷開時(shí)，斷開的第二電容器在再次連接之前應(yīng)當(dāng)放電，這可花 費(fèi)一定時(shí)間量。通過具有基本上相同的電容的第二電容器，可連接第二電容器的任一個(gè)以 獲得電容器布置的電容的特定調(diào)整，以及因而可連接已經(jīng)充分放電的第二電容器，由此避 免電容調(diào)整中的任何延遲。另外，第二電容器的每個(gè)無需具有快速放電時(shí)間，這特別是與附 圖中的圖7的備選電容器布置相比，允許以更低損耗來設(shè)計(jì)第二電容器。
[0023] 按照本發(fā)明的濾波器設(shè)備的一實(shí)施例，各第一電容器的電容與各第二電容器的電 容不同。通過這個(gè)實(shí)施例，促進(jìn)濾波器的電容的調(diào)整，并且提供濾波器的進(jìn)一步改進(jìn)調(diào)諧和 進(jìn)一步改進(jìn)濾波。
[0024] 按照本發(fā)明的濾波器設(shè)備的又一實(shí)施例，各濾波器包括與電容器布置串聯(lián)連接的 至少一個(gè)可調(diào)電抗器，至少一個(gè)可調(diào)電抗器的電感是可調(diào)的，以及可調(diào)電抗器設(shè)置成調(diào)整 濾波器的電感。通過這個(gè)實(shí)施例，濾波器的電感能夠有效地逐步調(diào)整，以及濾波器的調(diào)諧 頻率因而能夠有效地逐步調(diào)整，由此提供濾波器的進(jìn)一步改進(jìn)調(diào)諧和諧波的進(jìn)一步改進(jìn)濾 除。除了至少一個(gè)可調(diào)電抗器之外，各濾波器還可包括一個(gè)或多個(gè)附加電抗器。
[0025] 按照本發(fā)明的濾波器設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例，濾波器設(shè)備包括控制器，其設(shè)置成通 過控制濾波器連接多個(gè)第二電容器的第二電容器的至少一個(gè)，來增加濾波器的電容。通過 這個(gè)實(shí)施例，促進(jìn)濾波器的電容的調(diào)整，并且提供濾波器的進(jìn)一步改進(jìn)調(diào)諧和進(jìn)一步改進(jìn) 濾波。
[0026] 按照本發(fā)明的濾波器設(shè)備的又一個(gè)實(shí)施例，控制器設(shè)置成基于與最后連接第二電 容器的至少一個(gè)的時(shí)間有關(guān)的信息來選擇要連接第二電容器的至少哪一個(gè)。通過這個(gè)實(shí)施 例，進(jìn)一步促進(jìn)濾波器的電容的調(diào)整，并且提供濾波器的進(jìn)一步改進(jìn)調(diào)諧和進(jìn)一步改進(jìn)濾 波。當(dāng)?shù)诙娙萜魍ㄟ^開關(guān)來斷開時(shí)，斷開的第二電容器在再次連接之前應(yīng)當(dāng)放電，這可花 費(fèi)一定時(shí)間量?；谂c最后連接第二電容器的至少一個(gè)的時(shí)間有關(guān)的信息，因而可連接第 二電容器，其已經(jīng)斷開較長(zhǎng)時(shí)間并且因而具有更多時(shí)間放電。因此，這個(gè)實(shí)施例允許選擇有 時(shí)間放電的第二電容器。另外，第二電容器的每個(gè)無需具有快速放電時(shí)間。
[0027] 按照本發(fā)明的濾波器設(shè)備的又一個(gè)實(shí)施例，濾波器設(shè)備包括控