專利名稱：一種濾波電路及使用該濾波電路的電力濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力濾波領(lǐng)域，具體地，涉及一種濾波電路及使用該濾波電路的電力濾波裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，大功率電力電子裝置、電弧爐等非線性負(fù)載得到了廣泛應(yīng)用，同時也給電網(wǎng)帶來了越來越嚴(yán)重的無功問題和諧波污染，使電網(wǎng)電壓和電流波形發(fā)生畸變，電能質(zhì)量下降并威脅電網(wǎng)的安全。目前諧波已成為電網(wǎng)的一大公害。存在多種用于對電網(wǎng)諧波進(jìn)行抑制的方法。無源濾波技術(shù)是諧波補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)方法，即在諧波源附近加裝若干單調(diào)諧及高通濾波支路以旁路諧波電流。無源電力濾波器 (PPF) 一般是由電容器、電抗器(常用空心的)和電阻器適當(dāng)組合而成，起濾波作用還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰Ｔ摲椒m然具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資少、維護(hù)方便、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)， 但由于結(jié)構(gòu)和原理上的原因，PPF存在一些難以克服的缺點(diǎn)。最大不足是其補(bǔ)償特性易受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，使濾波器過載甚至燒毀。此外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果也不甚理想。隨著有源濾波器的提出和大功率可關(guān)斷器件(GTR、GT0、IGBT、IGCT等)的制造技術(shù)不斷進(jìn)步，以及對非正弦條件下無功功率理論的深入研究，有源電力濾波器(APF)被更多的在實(shí)際中采用。APF涉及的關(guān)鍵技術(shù)是指令電流的提取和補(bǔ)償電流的產(chǎn)生。具體來講。主控模塊根據(jù)從電網(wǎng)中提取的指令電流來實(shí)時控制驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)觸發(fā)脈沖，用以控制功率轉(zhuǎn)換模塊中各絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的有序通斷，產(chǎn)生合適的 PWM輸出電流，這一電壓，最后通過濾波模塊濾除諧波后向電網(wǎng)注入補(bǔ)償電流。要使功率轉(zhuǎn)換模塊輸出的PWM電壓實(shí)時準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為補(bǔ)償電流，對濾波模塊提出了很高的要求。傳統(tǒng)的APF的PWM功率輸出大都是通過單電感與電網(wǎng)相連。對于單電感的1階濾波器而言，對功率轉(zhuǎn)換級輸出的PWM開關(guān)紋波的衰減能力不足，將會使裝置輸出的補(bǔ)償電流中含有不需要的諧波成分。為增強(qiáng)對PWM電壓中的開關(guān)諧波的衰減作用，不得不增大電感值，這樣就會增大設(shè)備的體積重量，造成系統(tǒng)的成本升高，并使系統(tǒng)的動態(tài)跟蹤補(bǔ)償性能變差。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種有源濾波裝置，該有源濾波裝置能夠在保證諧波過濾性能的同時具有較小的體積，而不會使成本升高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型首先提供了一種濾波電路，該濾波電路包括閉合鐵芯、耦合電感Li、耦合電感L2和電容器C，其中所述耦合電感Ll和所述耦合電感L2的線圈繞在所述閉合鐵芯上，所述耦合電感Ll的非同名端與所述耦合電感L2的同名端相連接， 并且所述電容器C的一端連接在所述耦合電感Ll的非同名端與所述耦合電感L2的同名端之間的連接線上。[0008]優(yōu)選地，所述閉合鐵芯的環(huán)路上具有氣隙。本實(shí)用新型還提供了一種有源電力濾波裝置，該濾波裝置包括信號采集模塊，從三相電網(wǎng)采集信號，并對所采集的信號進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字信號；主控模塊，連接到所述信號采集模塊，該主控模塊接收所述數(shù)字信號，并從該數(shù)字信號中提取指令電流; 驅(qū)動模塊，連接到所述主控模塊，該驅(qū)動模塊產(chǎn)生與所述指令電流相對應(yīng)的觸發(fā)脈沖；功率轉(zhuǎn)換模塊，連接到所述驅(qū)動模塊，該功率轉(zhuǎn)換模塊接收所述觸發(fā)脈沖，并產(chǎn)生與該觸發(fā)脈沖相對應(yīng)的輸出電流；以及濾波模塊，連接到所述功率轉(zhuǎn)換模塊，其中所述濾波模塊具有三個如權(quán)利要求1-2中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的濾波電路，這三個濾波電路的耦合電感Ll的同名端分別與所述功率轉(zhuǎn)換模塊相連，且該三個濾波電路中的電容器的另一端相互連接，該三個濾波電路分別生成與所述輸出電流相對應(yīng)的用于所述三相電網(wǎng)的三相的補(bǔ)償電流。優(yōu)選地，在所述主控模塊和所述驅(qū)動模塊之間還連接有滯環(huán)比較器。 優(yōu)選地，每個濾波電路中的電容器的另一端接地或與三相電網(wǎng)的零線連接。通過上述技術(shù)方案，將耦合電感Ll與耦合電感L2繞制在同一個閉合鐵芯之上，并且將耦合電感L2的同名端與耦合電感Ll非同名端相接，其產(chǎn)生的磁通互相疊加增強(qiáng)，大大的增加了兩個電感線圈的電感量，在滿足濾波要求的前提下，顯著降低了有源電力濾波裝置的成本、大大減小了其體積和重量。此外，在閉合鐵芯上加開氣隙可以改善鐵芯電感的線性度，并可防止鐵芯飽和。本實(shí)用新型的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式
部分予以詳細(xì)說明。
附圖是用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式
一起用于解釋本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。在附圖中圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的濾波電路的結(jié)構(gòu)圖；圖加和圖2b是根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的濾波電路的等效電路圖；圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的有源電力濾波裝置的結(jié)構(gòu)框圖；以及圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的有源電力濾波裝置的局部電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式
僅用于說明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限制本實(shí)用新型。圖1中示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的濾波電路的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，圖1中示出了一種濾波電路，該濾波電路包括閉合鐵芯、耦合電感Li、 耦合電感L2和電容器C，其中耦合電感Ll和耦合電感L2的線圈繞在所述閉合鐵芯上，耦合電感Ll的非同名端與耦合電感L2的同名端相連接，并且電容器C的一端連接在耦合電感 Ll的非同名端與耦合電感L2的同名端之間的連線上。在圖1中，耦合電感Ll的線圈匝數(shù)為Ni，線圈中電流為il，耦合電感L2的線圈匝數(shù)為N2，線圈中電流為i2，它們繞制在同一個閉合鐵芯之上，兩個線圈繞組的激磁磁勢 il · Nl和i2 · N2在閉合鐵芯中產(chǎn)生的磁通互相疊加增強(qiáng)，并且，在閉合鐵芯的環(huán)路中還可以加開氣隙，以改善鐵芯電感的線性度，并可防止鐵芯飽和。[0023]在圖加和圖2b中，示出了耦合電感Ll和L2的等效電感串聯(lián)及其與電容器C組成的LCL濾波器電路等效圖。其中圖加示出了耦合電感Ll和L2的連接方式，及其與電容器C的連接方式，耦合電感Ll和L2之間的互感為M;圖2b示出了互感M對兩個耦合電感 Ll和L2的增強(qiáng)。圖3中示出了使用圖1中所示的濾波電路來進(jìn)行濾波的有源電力濾波裝置的結(jié)構(gòu)框圖。如圖3所示，所述有源電力濾波裝置包括依次連接在一起的信號采集模塊2、主控模塊3、驅(qū)動模塊4、功率轉(zhuǎn)換模塊5和濾波模塊6。其中信號采集模塊2和濾波模塊6分別連接到三相電網(wǎng)1，三相電網(wǎng)1上還具有非線性負(fù)載7。信號采集模塊2用于從三相電網(wǎng)1采集信號，并對所采集的信號進(jìn)行模擬/數(shù)字 (A/D)轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字信號。所采集的信號是三相電網(wǎng)1的電壓信號ua、ub, u。和三相電流信號ia、ib、i。，信號采集模塊2對所采集的信號進(jìn)行調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換后將信號送入主控模塊3。在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，信號采集模塊2由高精度的霍爾電流傳感器、 霍爾電壓傳感器、高速低功耗四通道十二位同時采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7864-3等器件組成。主控模塊3連接到信號采集模塊2，用于從所述信號采集模塊2接收經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號，并從該數(shù)字信號中提取指令電流。在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，主控模塊3提取指令電流的流程如下1)從ua、ub、u。中的一者(以Ua為例)中提取正弦信號Sincot和cos cot。在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，主控模塊3通過數(shù)字鎖相環(huán)方法提取所述正弦信號 sin ω t 禾Π cos ω t。2)利用sin ω t禾Π cos ω t對三相電流信號ia、ib、ic進(jìn)行帕克變換(也稱為DQO變換)，得到 id、ia、i。。
其中C =
具體變換方程為
- η(ω -2π^)
'42 Χ/2
3)對id、i,進(jìn)行數(shù)字低通濾波處理，提取出直流分量。
4)利用sinω t禾Π cos ω t對 ；、0、i。進(jìn)行帕克逆變換，得到iaf、ibf、i。f，其中在變
hK=ChJo _Jc _
-smat 1/
cos(oi + 2^/")
A _
換時4為0，并且當(dāng)處于三相三線制系統(tǒng)中時，i。等于0。
Vh[0037] 具體變換方程為(以三相三線制為例)V= C"10Jcf _0
，其中C—1為C的逆矩陣。
5)用ia、ib、ic分別與ia
，、ι
bf
、i。f作差，得到指令電流
-ah、xbh
Ihh、ι
ch°[0039]在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，主控模塊3由TMS320F2812型數(shù)字信號處理器和EP2C20Q240C8型現(xiàn)場可編程門陣列等器件組成。驅(qū)動模塊4連接到主控模塊3，用于產(chǎn)生與所述指令電流相對應(yīng)的觸發(fā)脈沖。在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，并不是將指令電流直接輸送給驅(qū)動模塊， 而是將指令電流和有源電力濾波裝置輸出的反饋電流送入滯環(huán)比較器，生成PWM選通信號，生成的PWM選通信號輸送給驅(qū)動模塊4，以便生成用于驅(qū)動IGBT的PWM觸發(fā)脈沖。這樣做加快了動態(tài)響應(yīng)速度，增強(qiáng)了抑制環(huán)內(nèi)擾動的能力，控制精度較高，并且不需要知道負(fù)載的參數(shù)，還可以通過防止逆變器過流而保護(hù)功率開關(guān)。在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，驅(qū)動模塊4由復(fù)雜可編程邏輯裝置(CPLD)和 IGBT的功率驅(qū)動器件M57962等器件組成，它負(fù)責(zé)接收光纖送來的PWM選通信號，完成對觸發(fā)脈沖的死區(qū)控制和輸出控制、對IGBT的狀態(tài)實(shí)施檢測、對IGBT的過載及短路進(jìn)行保護(hù)并做出故障處理、打包并上傳狀態(tài)及故障信息。功率轉(zhuǎn)換模塊5連接到驅(qū)動模塊4，用于接收所述觸發(fā)脈沖，并產(chǎn)生與該觸發(fā)脈沖相對應(yīng)的輸出電流。在驅(qū)動模塊4生成的PWM觸發(fā)脈沖，送到功率轉(zhuǎn)換模塊5，控制三相PWM橋中IGBT 的有序通斷，生成并輸出所需的PWM輸出電流。在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，功率轉(zhuǎn)換模塊5則為由IGBT組成的三相電壓型 PWM整流器。濾波模塊6連接到功率轉(zhuǎn)換模塊5，用于生成與所述輸出電流相對應(yīng)的用于三相電網(wǎng)1的補(bǔ)償電流。在本實(shí)用新型中，濾波模塊6由三個如圖1所示的濾波電路組成(參見圖4中的濾波模塊6)，這三個濾波電路分別位于連接到三相電網(wǎng)的三相的三條支路上，每個濾波電路分別具有耦合電感Lla和L2a、Llb和L2b、以及Lle和L2。，且濾波電路中各自的電容器Ca、Cb 和C。的另一端相互連接，三個濾波電路分別生成與所述輸出電流相對應(yīng)的用于所述三相電網(wǎng)的三相的補(bǔ)償電流。。在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，電容器Ca、Cb和C。的另一端接地(對應(yīng)于三相三線)或與三相電網(wǎng)1的零線連接(對應(yīng)于三相四線)。對應(yīng)于三相電網(wǎng)每相使用一組如圖1所示的濾波電路，以a相為例，耦合電感Lla 的同名端與功率轉(zhuǎn)換模塊5的輸出端相連，耦合電感Lla的非同名端與耦合電感L2a的同名端相連，電感L2a的非同名端連接在電網(wǎng)1和非線性負(fù)載7之間，電容器Ca的一端連接在耦合電感Lla的非同名端與耦合電感、的同名端之間，電容器Ca的另一端與其他兩相的電容器Cb、電容器C。的相同端點(diǎn)相連。b相和c相的接法與a相相同。通過上述技術(shù)方案，將耦合電感Ll與耦合電感L2繞制在同一個閉合鐵芯之上，并且將耦合電感L2的同名端與耦合電感Ll非同名端相接，其產(chǎn)生的磁通互相疊加增強(qiáng)，大大的增加了兩個電感線圈的電感量，在滿足濾波要求的前提下，顯著降低了有源電力濾波裝置的成本、大大減小了其體積和重量。此外，在閉合鐵芯上加開氣隙可以改善鐵芯電感的線性度，并可防止鐵芯飽和。以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式
中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本實(shí)用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本實(shí)用新型的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本實(shí)用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實(shí)用新型所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求1.一種濾波電路，其特征在于，該濾波電路包括閉合鐵芯、耦合電感Li、耦合電感L2和電容器C，其中所述耦合電感Ll和所述耦合電感L2的線圈繞在所述閉合鐵芯上，所述耦合電感Ll的非同名端與所述耦合電感L2的同名端相連接，并且所述電容器C的一端連接在所述耦合電感Ll的非同名端與所述耦合電感L2的同名端之間的連接線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波電路，其特征在于，所述閉合鐵芯的環(huán)路上具有氣隙。
3.一種有源電力濾波裝置，其特征在于，該濾波裝置包括信號采集模塊，從三相電網(wǎng)采集信號，并對所采集的信號進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字信號；主控模塊，連接到所述信號采集模塊，該主控模塊接收所述數(shù)字信號，并從該數(shù)字信號中提取指令電流；驅(qū)動模塊，連接到所述主控模塊，該驅(qū)動模塊產(chǎn)生與所述指令電流相對應(yīng)的觸發(fā)脈沖；功率轉(zhuǎn)換模塊，連接到所述驅(qū)動模塊，該功率轉(zhuǎn)換模塊接收所述觸發(fā)脈沖，并產(chǎn)生與該觸發(fā)脈沖相對應(yīng)的輸出電流；以及濾波模塊，連接到所述功率轉(zhuǎn)換模塊，其中所述濾波模塊具有三個如權(quán)利要求1-2中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的濾波電路，這三個濾波電路的耦合電感Ll的同名端分別與所述功率轉(zhuǎn)換模塊相連，且該三個濾波電路中的電容器的另一端相互連接，該三個濾波電路分別生成與所述輸出電流相對應(yīng)的用于所述三相電網(wǎng)的三相的補(bǔ)償電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾波裝置，其特征在于，在所述主控模塊和所述驅(qū)動模塊之間連接有滯環(huán)比較器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾波裝置，其特征在于，每個濾波電路中的電容器的另一端接地或與所述三相電網(wǎng)的零線連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種濾波電路及使用該濾波電路的電力濾波裝置。在本實(shí)用新型中通過將耦合電感L1與耦合電感L2繞制在同一個閉合鐵芯之上，并且將其同名端首尾相接，其產(chǎn)生的磁通互相疊加增強(qiáng)，大大的增加了兩個電感線圈的電感量，在滿足濾波要求的前提下，顯著降低了有源電力濾波裝置的成本、大大減小了其體積和重量。此外，在閉合鐵芯上加開氣隙可以改善鐵芯電感的線性度，并可防止鐵芯飽和。
文檔編號H02J3/01GK201966616SQ20102066662
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者畢平勁, 王宏英, 王強(qiáng), 趙劍 申請人:中國機(jī)電出口產(chǎn)品投資有限公司, 湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司, 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司