有源滤波器、对电网电流谐波滤波的装置及频率转换器系统制造方法及图纸

公开了对电网电流谐波进行滤波的有源滤波器和含有该有源滤波器的装置。一种用于对电网电流谐波进行滤波的有源滤波器(4)，该有源滤波器被布置连接到频率转换器系统(1)。频率转换器系统(1)包括电网滤波器(1.2)和频率转换器(1.1)，该频率转换器还包括逆变器供给单元(1.1.1)。频率转换器系统具有已知的电网电流滤波频率响应。有源滤波器(4)的电网电流滤波频率响应不同于频率转换器系统(1)的电网电流滤波频率响应。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及频率转换器并且具体地涉及减少频率转换器的电网电流谐波。
技术介绍
标准确定针对频率转换器中的电网电流和电压谐波的允许限制。有若干谐波限制，并且可适用的限制例如依赖于电网条件和应用。具体而言，由于分散发电的原因，所以电网运营商以及将其设备连接到电网的客户各自具有它们的特定要求。频率转换器的制造商致力于生产在所设置的限制内的设备。频率转换器中的整流器桥接器例如可以由二极管桥接器或者借助由有源开关实现的逆变器供给单元来实现。将在这些解决方案中运用的技术主要受制于电力是否将从电网向负载、从负载向电网或者在两个方向上传送这一事实以及对低频电流谐波的补偿。图1 示出了在电网2与负载3之间连接的现有技术的频率转换器系统1。频率转换器系统1包括逆变器供给单元1. 1和电网滤波器1. 2。典型地通过使用串联耦合的无源滤波器来减少频率转换器的电网电流谐波。在整流器桥接器由二极管实现的情况下，一般使用交流扼流器或者直流扼流器。在逆变器供给单元的情况下，电网电流的波形将几乎为正弦曲线。电网电流的总失真水平通常至多为百分之几的量级。用于减少电网电流谐波的典型解决方案是使用由无源部件实现并且与有源整流器桥接器结合运用的滤波器。LCL滤波器是众所周知并且用于这一目的的滤波器。它防止由脉宽调制电压引起的电流脉动出现于电网电流中，而对逆变器供给单元的控制负责消除低频谐波。LCL滤波器的额定值主要由逆变器供给单元的预期失真水平和切换频率来确定。 更高切换频率允许用更小滤波器额定值执行相同功能，但是同时逆变器供给单元中的半导体的切换损耗增加。对应地，切换频率越低，滤波器必须对更大电流脉动进行滤波，因而滤波器部件变得更大并且损耗增加。可以考虑诸多不同观点来设定LCL滤波器的额定值， 但是只要滤波器拓扑结构网格重构(regrid)相同，某些规律就保持相同。例如可以借助传递函数来检查LCL滤波器的滤波性能。逆变器供给单元为脉宽调制器型，因而滤波后电网电流与逆变器供给单元电压的比例很好地把LCL滤波器的操作描述为频率的函数。图2的上部示出了不同额定值的三个LCL滤波器的频率响应。重度滤波由标号a 表示，典型滤波由标号b表示，而轻度滤波由标号c表示。图2的下部还示出了用于上文提到的滤波备选方式的滤波频带。将逆变器供给单元的滤波频带表示为纹条而将电网滤波器的滤波频带表示为白条。频率响应描述了电网电流与逆变器供给单元生成的电压的相关性。在实践中，滤波器在比它的谐振频率更高的频率开始有效地抑制电流。如果滤波器的额定值小，则它的谐振频率高并且它的滤波频带始于更高频率。就典型和少量额定值而言， 在逆变器供给单元和滤波器的滤波频带之间将有间隙。对应地，额定值高的滤波器甚至在低频对电流进行滤波。当额定值高时，滤波器的滤波频带可以与逆变器供给单元的滤波频带重合。可以通过增加在电路中生成的损耗来增大滤波器在谐振频率的抑制。在实践中， 这例如由如下电阻部件实现，该电阻部件添加到电路并且其功能在于将谐振频率能量转换成热并且因此抑制振荡。然而电阻抑制仅在谐振频率有效工作，因此它并不适合于对更宽频率频带进行滤波。此外，补充电阻部件增加设备的冷却需要并且降低效率。除了 LCL滤波器之外，也有可能借助逆变器供给单元调制器和控制来影响逆变器供给单元的电网电流谐波成分。该控制允许使伴随正常工作的低谐波频率最少。然而，这一方式常常并未使得有可能在比LCL滤波器的滤波频带更低的频率覆盖整个频率频带。具体而言，滤波器的谐振频率谐波分量在困难区(difficult area)中。在系统的滤波需要增加(幅度和/或频率限制改变)的情况下，可以通过改变滤波器、逆变器供给单元或者二者的特性来实现系统中的必要改变。为了可以将逆变器供给单元的控制频带扩张至更高频率，必须在系统中增加整流器桥接器的测量采样频率和切换频率。除此之外，设备的测量范围应当使得它甚至检测到待控制的变量的最轻微改变，因为在标准中针对电网电流和电压谐波幅度而允许的最高值随着频率增加而变得锐减。由于幅度和频率范围极大，所以实现测量既困难又成本高。最低幅度将在大测量范围的准确度容差以外。例如500A的闭环霍尔传感器的准确度为0.5%的量级。此外需要高分辨率A/D转换电路用于检查测量结果。因此必须在更高切换频率并且用更准确的测量电路进行对主变量的控制。这又增加设备的功率损耗和价格。随着扩张逆变器供给单元的控制频带，出现控制频带包括LCL滤波器的谐振频率这样的情形。为了可以考虑到谐振频率对电网电流的影响，必须向控制系统添加对电网电流的测量或者必须从逆变器供给单元的控制频带中去除LCL滤波器的谐振频率。向控制系统添加测量增加它的价格。去除滤波器谐振频率又使逆变器供给单元的切换频率和滤波器的谐振频率相互更接近，因此必须进一步提高切换频率以免激发滤波器谐振。随着关于电网电流的要求日趋严格，鉴于成本、尺寸、性能和效率，无源滤波将不是最有效的解决方案。鉴于相对少量的附加要求，设备的额定值也可能变得过于高成本。如果新的加严要求超出有源逆变器供给单元的典型工作范围，则这一点也同样存在于有源逆变器供给单元。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种装置从而可以解决上述问题。这由一种系统实现，该系统的特征在于所要求保护的技术方案中声明的特征。在所进一步要求保护的技术方案中公开了本技术的优选实施例。本技术提供一种用于对电网电流谐波进行滤波的有源滤波器，该有源滤波器被布置成连接到频率转换器系统，频率转换器系统包括电网滤波器和频率转换器，频率转换器还包括逆变器供给单元，并且频率转换器系统具有已知的电网电流滤波频率响应，其中有源滤波器的电网电流滤波频率响应不同于频率转换器系统的电网电流滤波频率响应。本技术还提供一种用于对频率转换器系统的电网电流谐波进行滤波的装置，该频率转换器系统包括电网滤波器和频率转换器，频率转换器还包括逆变器供给单元，其中该装置包括根据上述技术方案中的有源滤波器。本技术还提供一种频率转换器系统，其中该频率转换器系统被布置成接纳根据上述技术方案中的有源滤波器。本技术的系统的基本思想在于使用根据主导设计标准而设计的配备有逆变器供给单元和电网滤波器的频率转换器并且在不改变原系统的情况下借助本技术的有源滤波器来增加系统的滤波容量。本技术的有源滤波器是额定值设定成在比基本工作频率明显更高的频率范围中工作的并联有源滤波器。滤波器的功能例如在于对典型地在基本设备的电网滤波器的谐振频率附近的问题谐波进行滤波。由于待滤波的谐波的幅度低，所以有可能针对低标称电流设定本技术的有源滤波器的额定值。由于负载电流低，所以有可能使用更高切换频率而不过量增加功率损耗， 由此本技术的有源滤波器的滤波频带自动扩张。得益于更高的切换频率和更低的电流，所以有源滤波器的无源部件可以设计成比在现有技术中更小。此外可以与待滤波的谐波的幅度一致地布置有源滤波器中需要的测量。本技术的解决方案提供滤波的改进性能、效率和成本有效性。该解决方案根据典型要求来实现常规设备设计而无额外成本，因为增加滤波容量所引起的额外成本仅涉及所述特殊应用和因此需要的附加设备。因此，基本设备的应用范围未经变更也将扩张。具体而言，本技术的解决方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于对电网电流谐波进行滤波的有源滤波器（４），所述有源滤波器被布置成连接到频率转换器系统（１），所述频率转换器系统（１）包括电网滤波器（１．２）和频率转换器（１．１），所述频率转换器还包括逆变器供给单元（１．１．１），并且所述频率转换器系统具有已知的电网电流滤波频率响应，其特征在于所述有源滤波器（４）的电网电流滤波频率响应不同于所述频率转换器系统（１）的电网电流滤波频率响应。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：亨利·金努宁，泰勒·维塔宁，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：实用新型
国别省市：FI