基于現(xiàn)場自調(diào)適應(yīng)的lcl無源濾波器的制造方法
【專利摘要】基于現(xiàn)場自調(diào)適應(yīng)的LCL無源濾波器，包括逆變器側(cè)濾波電感L1、網(wǎng)側(cè)濾波電感L2、濾波電容C、阻尼電阻R和繼電器K，還包括霍爾電流互感器和CPU，霍爾電流互感器與CPU串聯(lián)連接在電路中，CPU與繼電器K電連接；在串聯(lián)連接的逆變器側(cè)濾波電感L1和網(wǎng)側(cè)濾波電感L2之間連接至少一個包含濾波電容C和阻尼電阻R的電路，該電路的另一端連接至三相星型公共點，同時，該電路由三個并聯(lián)的單元構(gòu)成，其每個單元又包括串并聯(lián)的五個線路，該線路上分別串聯(lián)連接濾波電容C、阻尼電阻R和繼電器K；繼電器K向下依次連接阻尼電阻R和濾波電容C。保證逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定運行，系統(tǒng)可靠性和魯棒性較高，功率損耗小，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛。
【專利說明】基于現(xiàn)場自調(diào)適應(yīng)的LCL無源濾波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及IPC國際分類H02P電動機、發(fā)電機、或機電變換器的控制或調(diào)節(jié) 設(shè)備裝置，尤其是基于現(xiàn)場自調(diào)適應(yīng)的LCL無源濾波器。

【背景技術(shù)】
[0002] 無源濾波器，是傳統(tǒng)的諧波補償裝置，又稱LC濾波器，就是該裝置不需要額外提 供電源。是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計構(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)，可對主要次諧波（3、5、7)構(gòu)成低 阻抗旁路；單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器都屬于無源濾波器。LC濾波器一般是 由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外，還兼顧無 功補償?shù)男枰籐C濾波器按照功能分為低通濾波器、LC帶通濾波器、高通濾波器、LC全通濾 波器、LC帶阻濾波器；按調(diào)諧又分為單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器及三調(diào)諧濾波器等幾種。 其中具有電感-電容-電感結(jié)構(gòu)的濾波器也稱LCL濾波器。
[0003] 為抑制開關(guān)頻率輸出電流諧波，LCL濾波器在電壓源PWM控制逆變器中成為首選， 它與L型或LC型濾波器相比，LCL濾波器對電流高頻分量具有更強的抑制能力，LCL的不同 比例組合使濾波器在高頻段有不同的衰減特性，而低頻段增益與L型或LC型濾波器相同。 顯然，LCL濾波器通過引入電容C，使高頻衰減顯著增強，有利于抑制開關(guān)紋波。但是LCL濾 波器的引入又帶來了新的問題：LCL的引入使濾波器由一階系統(tǒng)變?yōu)槿A系統(tǒng)，高速永磁 電機調(diào)速范圍寬，由于濾波器的存在，會使電機電流產(chǎn)生相移，并且相移跟隨轉(zhuǎn)速變化，此 時高速電機系統(tǒng)在非線性、參數(shù)攝動、負(fù)載擾動和未建模動態(tài)的綜合作用下，其魯棒性和轉(zhuǎn) 矩、轉(zhuǎn)速的動態(tài)跟蹤精度難以保證。其中，魯棒是Robust的音譯，是在異常和危險情況下系 統(tǒng)生存的關(guān)鍵。即使在有源電力濾波器中應(yīng)用LCL濾波器也具有高頻阻帶性能好、低頻補 償性能強等優(yōu)點，但其參數(shù)確定仍困難?，F(xiàn)有LCL型濾波器中包括的三個參數(shù)為相對固定 值，如經(jīng)不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計卻不能基于現(xiàn)場可調(diào)則必然將降低濾波性能，甚至引起諧振、不穩(wěn)定 等問題。
[0004] 公知技術(shù)中公開較多，霍爾互感器可廣泛應(yīng)用與變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電 源、逆變焊機、電解電鍍、數(shù)控機床、微機監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測電流電壓 的各個領(lǐng)域中。霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，即閉環(huán)原理，當(dāng)原邊電流產(chǎn)生的磁 通通過高品質(zhì)磁芯集中在磁路中，霍爾元件固定在氣隙中檢測磁通，通過繞在磁芯上的多 匝線圈輸出反向的補償電流，用于抵消原邊產(chǎn)生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。經(jīng) 過特殊電路的處理，傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。連接安裝時， 原邊導(dǎo)線應(yīng)放置于傳感器內(nèi)孔中心，盡可能不要放偏；原邊導(dǎo)線盡可能完全放滿傳感器內(nèi) 孔，不要留有空隙。閉環(huán)原理的霍爾電流傳感器較多，基本應(yīng)用方式是傳感器檢測前端情 況，輸出信號給信號采集裝置，由信號采集裝置經(jīng)過采集、信號轉(zhuǎn)換等步驟，有線傳輸至控 制中心，由控制中心統(tǒng)一進行監(jiān)控。開環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是霍爾直放式原理，閉環(huán) 的霍爾電流傳感器采用的是磁平衡原理。所以閉環(huán)的在響應(yīng)時間跟精度上要比開環(huán)的好很 多。開環(huán)和閉環(huán)都可以監(jiān)測交流電，一般開環(huán)的適用于大電流監(jiān)測，閉環(huán)適用于小電流監(jiān) 測。
[0005] 公知技術(shù)中，霍爾電流互感器只能必須串聯(lián)在電路中，DSP實時采集電網(wǎng)側(cè)電壓， 通過傅里葉分析，計算出各次諧波分量，然后控制繼電器的投切工作。在應(yīng)用時，配合安裝 霍爾電流互感器和CPU控制器件連接后形成自動調(diào)節(jié)的工作系統(tǒng)。 實用新型內(nèi)容
[0006] 本實用新型的目的是提供一種基于現(xiàn)場自調(diào)適應(yīng)的LCL無源濾波器，提高工作 穩(wěn)定性和參數(shù)設(shè)置的可靠性能。
[0007] 本實用新型的目的將通過以下技術(shù)措施來實現(xiàn)：包括逆變器側(cè)濾波電感L1、網(wǎng)側(cè) 濾波電感L2、濾波電容C、阻尼電阻R和繼電器K，還包括霍爾電流互感器和CPU，霍爾電流 互感器與CPU串聯(lián)連接在電路中，CPU與繼電器K電連接；在串聯(lián)連接的逆變器側(cè)濾波電感 L1和網(wǎng)側(cè)濾波電感L2之間連接至少一個包含濾波電容C和阻尼電阻R的電路，該電路的另 一端連接至三相星型公共點，同時，該電路由三個并聯(lián)的單元構(gòu)成，其每個單元又包括串并 聯(lián)的五個線路，該線路上分別串聯(lián)連接濾波電容C、阻尼電阻R和繼電器K。有CPU通過霍 爾電流互感器采集的電流信息，經(jīng)過分析計算出此時高次諧波的大小，同時要求不能產(chǎn)生 諧振，這時CPU會根據(jù)之前存儲的經(jīng)驗算法給出電阻值和電流值的范圍。隨即發(fā)出指令改 變繼電器狀態(tài)，控制電阻可以根據(jù)并聯(lián)改變阻值，電容可以根據(jù)并聯(lián)改變?nèi)葜荡笮。@樣就 改變了電阻R和電容C的值。
[0008] 本實用新型的優(yōu)點和效果：采用閉環(huán)原理并網(wǎng)電流單環(huán)反饋控制，即可保證逆變 器系統(tǒng)穩(wěn)定運行，無需復(fù)雜的反饋控制算法和額外的電壓或電流傳感器，系統(tǒng)可靠性和魯 棒性較高，系統(tǒng)功率損耗小結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用很廣泛。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 附圖標(biāo)記包括：逆變器側(cè)濾波電感L1、網(wǎng)側(cè)濾波電感L2、濾波電容C、阻尼電阻 R、繼電器K。

【具體實施方式】
[0011] 本實用新型原理在于，通過切換繼電器來改變電阻的接通電阻以及電容的接通電 容，同時通過霍爾電流互感器檢測諧波電流值，然后實時調(diào)節(jié)以上R、C的參數(shù)，合理避開諧 振點。
[0012] 本實用新型包括：逆變器側(cè)濾波電感L1、網(wǎng)側(cè)濾波電感L2、濾波電容C、阻尼電阻R 和繼電器K，還包括霍爾電流互感器和CPU，霍爾電流互感器與CPU串聯(lián)連接在電路中，CPU 與繼電器K電連接。
[0013] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0014] 實施例1 :如附圖1所示，在串聯(lián)連接的逆變器側(cè)濾波電感L1和網(wǎng)側(cè)濾波電感L2 之間連接至少一個包含濾波電容C和阻尼電阻R的電路，該電路的另一端連接至三相星型 公共點，同時，該電路由三個并聯(lián)的單元構(gòu)成，其每個單元又包括串并聯(lián)的五個線路，該線 路上分別串聯(lián)連接濾波電容C、阻尼電阻R和繼電器K。
[0015] 前述中，繼電器Κ向下依次連接阻尼電阻R和濾波電容C。
[0016] 前述中，CPU通過霍爾電流互感器檢測現(xiàn)場磁通變化及時通過分析計算后調(diào)控繼 電器接入或斷開對應(yīng)數(shù)量單元，以自動保持工作穩(wěn)定。其中，霍爾電流傳感器基于磁平衡式 霍爾原理，即閉環(huán)原理，當(dāng)原邊電流IP產(chǎn)生的磁通通過高品質(zhì)磁芯集中在磁路中，霍爾元 件固定在氣隙中檢測磁通，通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流，用于抵消原 邊IP產(chǎn)生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。如經(jīng)過特殊電路的處理，傳感器的輸出 端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。
[0017] 前述中，在三相的串聯(lián)連接的逆變器側(cè)濾波電感L1和網(wǎng)側(cè)濾波電感L2之間連接 至少一個包含濾波電容C和阻尼電阻R的電路，該電路的另一端連接至三相星型公共點。
[0018] 前述中，當(dāng)流過電感的電流變化時，電感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢將阻止電流的 變化。當(dāng)通過電感線圈的電流增大時，電感線圈產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電 流的增加，同時將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場能存儲于電感之中；當(dāng)通過電感線圈的電流減小 時，自感電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能量，以補償電流的 減小。因此經(jīng)電感濾波后，不但負(fù)載電流及電壓的脈動減小，波形變得平滑，而且整流二極 管的導(dǎo)通角增大。
[0019] 本實用新型中，將多組的濾波電容C和阻尼電阻R串并聯(lián)連接，并有CPU通過霍爾 電流互感器根據(jù)現(xiàn)場磁通動態(tài)變化及時通過繼電器精確調(diào)整總阻尼電阻和總濾波電容 C&并實現(xiàn)進一步及時對濾波電容C的諧振尖峰進行有效抑制，以保證并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn) 定運行。
[0020] 本實用新型中，為取得好的補償效果需要對補償電流大小、開關(guān)頻率和逆變器測 電壓等因素進行分析，設(shè)計出合理L、C、R的參數(shù)。在電感器L的選取上，根據(jù)軟硬件設(shè)計選 取合適的參數(shù)，但是要想使用戶獲得滿意的治理效果，須基于現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)節(jié)電容和阻 尼電阻的參數(shù)。如果參數(shù)設(shè)計固定后，有源濾波器開機過程中，有可能會產(chǎn)生諧振，通過合 理調(diào)整C或R可以有效避開諧振點，這樣可以實現(xiàn)軟開機。
[0021] 具體的總阻尼電阻和總濾波電容調(diào)整和計算方法包括：
[0022] 阻尼電阻計算方法：
[0023] 1)并聯(lián)電阻：1/R總=1/ (1^+1/%+1/1?3+......)
[0024] 2)串聯(lián)電阻：R總=1^+1^2+1^3+ ····· ·
[0025] 濾波電容計算方法：
[0026] 1)并聯(lián)電容：......
[0027] 2)串聯(lián)電容：1/C總=1/ ((^+1/(：2+1/(：3+......)
[0028] 根據(jù)檢測諧波電流值的大小，然后通過計算選擇合適的通道，接通合適的R或C， 達到合理濾除高次諧波和避開諧振點的作用。
[0029] 本實用新型在應(yīng)用時，配合安裝霍爾電流互感器和CPU控制器件連接后形成自動 調(diào)節(jié)的工作系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.基于現(xiàn)場自調(diào)適應(yīng)的LCL無源濾波器，包括逆變器側(cè)濾波電感L1、網(wǎng)側(cè)濾波電感 L2、濾波電容C、阻尼電阻R和繼電器K，還包括霍爾電流互感器和CPU，霍爾電流互感器與 (PU串聯(lián)連接在電路中，CPU與繼電器K電連接；其特征在于，在串聯(lián)連接的逆變器側(cè)濾波電 感L1和網(wǎng)側(cè)濾波電感L2之間連接至少一個包含濾波電容C和阻尼電阻R的電路，該電路 的另一端連接至三相星型公共點，同時，該電路由三個并聯(lián)的單元構(gòu)成，其每個單元又包括 串并聯(lián)的五個線路該線路上分別串聯(lián)連接濾波電容C、阻尼電阻R和繼電器K ;繼電器K向 下依次連接阻尼電阻R和濾波電容C。
【文檔編號】H02J3/01GK203850834SQ201420039192
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】王偉剛 申請人:上海仁廣實業(yè)發(fā)展有限公司