一种高通滤波器的制作方法

1.本发明涉及柔性输电技术领域，具体涉及一种高通滤波器。


背景技术：

2.随着新能源发电和柔性输电技术的发展，电力电子装置在电网中的应用也越来越广泛。电力电子装置作为谐波源，向电网输出的高次谐波会影响电网电能质量，并引起高频谐振，有可能产生很大的高频谐振电流。电网中的传统设备的高频耐受能力十分有限，较大的高频谐振电流可能直接导致电网中相应设备的损坏。
3.提高电力电子装置的开关频率可有效降低谐波输出，但将导致装置的成本上升，由于单位时间内动作次数增加，开关器件的损耗也会损耗大幅上升，增加额外的体积和成本。在电力电子装置并网处加装无源滤波器也可起到滤波作用，但对于电压等级较高的电力系统，滤波器需要承受很高的电压，要求的容量随之上升，可直接导致一台传统滤波器的体积远大于电力电子装置本身，并且滤波器的高成本及高损耗问题都难以得到有效解决。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种高通滤波器，以解决现有传统无源滤波器电压应力高、容量大、体积大成本高的问题。
5.本发明提供了一种高通滤波器，包括：多绕组变压器及滤波电路，其中，多绕组变压器，其第一绕组输入待滤波电气量，其第二绕组输出滤波后的电气量，其第三绕组与滤波电路连接；第三绕组与滤波电路串联连接构成高通滤波器；多绕组变压器用于对待滤波电气量进行变压。
6.本发明与传统高通滤波器相比，加入特殊设计的感应式变压器，实现高通滤波的同时，有效降低滤波器中滤波电容的电气应力需求，有助于减小装置体积、降低装置成本。
7.在一可选的实施方式中，第一绕组与电力电子装置连接，第二绕组与电网连接；第一绕组的额定电压与电力电子装置的输出电压水平匹配；第二绕组的额定电压与电网的电压匹配。
8.在一可选的实施方式中，第三绕组为星型连接或者三角形连接。
9.在一可选的实施方式中，多绕组变压器等效后变为t型结构电路；第一绕组及第二绕组的等效阻抗为正值；第三绕组的等效阻抗为正值、负值或者0。
10.在一可选的实施方式中，通过设置多绕组变压器绕组之间的阻抗百分比对第三绕组的等效阻抗进行调节。
11.在一可选的实施方式中，通过设置第三绕组匝数对第三绕组的等效阻抗进行调节。
12.在一可选的实施方式中，滤波电路包括：滤波电容。
13.在一可选的实施方式中，滤波电容容值为固定值或者可调。
14.在一可选的实施方式中，第三绕组依次通过滤波电路、接地电路接地。
15.在一可选的实施方式中，接地电路包括：接地阻抗。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是根据本发明实施例的高通滤波器的结构框图；图2是根据本发明实施例的另一高通滤波器的结构框图；图3是根据本发明实施例的高通滤波器的具体电路拓扑图；图4是根据本发明实施例的高通滤波器的等效电路图；图5是根据本发明实施例的另一高通滤波器的结构框图；图6是根据本发明实施例的高通滤波器的验证示例；图7是根据本发明实施例的高通滤波器阻抗随频率的变化曲线图；图8是根据本发明实施例的不采用任何滤波措施时，入网电流及并网电压波形图；图9是根据本发明实施例的采用高通滤波器时，入网电流及并网电压波形图。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.为解决上述问题，本发明实施例提出一种变压器感应式高通滤波器，该滤波器在降低电力电子装置输入电网的谐波的同时，可有效避免现有传统无源滤波器电压应力高、容量大、体积大成本高等问题。
20.根据本发明实施例，提供了一种高通滤波器，如图1所示，包括：多绕组变压器1及滤波电路2，其中，多绕组变压器1，其第一绕组11输入待滤波电气量，其第二绕组12输出滤波后的电气量，其第三绕组13与滤波电路2连接；第三绕组13与滤波电路2串联连接构成高通滤波器；多绕组变压器1用于对待滤波电气量进行变压。
21.具体地，本实施例的第三绕组13的等效电感与滤波电路2构成lcl滤波器，通过设置lcl滤波器的参数，从而构建高通滤波器。
22.在一些可选的实施方式中，如图2所示，第一绕组11与电力电子装置连接，第二绕组12与电网连接；第一绕组11的额定电压与电力电子装置的输出电压水平匹配；第二绕组12的额定电压与电网的电压匹配，即本实施例的多绕组变压器1不仅能够实现带通滤波还兼具升压或者降压的功能，因此第一绕组11及第二绕组12的额定电压需要与所连接设备的电压匹配。
23.在一些可选的实施方式中，第三绕组13为星型连接或者三角形连接。
24.具体地，本实施例中，第一绕组11接线方式不限，与电网相连；第二绕组12接线方式不限，与电力电子装置相连，第三绕组13接线方式为星接或角接，与滤波电路2相连。
25.在一些可选的实施方式中，如图3所示，滤波电路2包括：滤波电容c。滤波电容c容值为固定值或者可调。
26.具体地，如图4所示，多绕组变压器1等效后变为t型结构电路，第一绕组11及第二绕组12的等效阻抗为正值；的等效阻抗为正值（呈感性）、负值或者0（呈容性），但基频绝对值不应超过滤波电容c基频等效阻抗绝对值xc的2%。如此，附图4中第1、第2支路呈现感性，与呈现容性的第3支路，共同组成等效lcl滤波器，起到高通滤波的作用，减少电力电子装置入网电流igrid及并网点电压ugrid中的高频率谐波。
27.在一些可选的实施方式中，对于第三绕组13的等效阻抗有两种调节方式：（1）通过设置多绕组变压器1绕组之间的阻抗百分比对第三绕组13的等效阻抗进行调节。
28.（2）通过设置第三绕组13匝数对第三绕组13的等效阻抗进行调节。
29.在一些可选的实施方式中，如图5所示，高通滤波器还包括：第三绕组13依次通过滤波电路2、接地电路3接地。接地电路3包括：接地阻抗。
30.示例性地，采用图6中所示的系统进行变压器感应式高通滤波器的滤波效果测试。图6中，电网电压等级为10 kv；电力电子装置为一个三相statcom换流阀，开关频率2700 hz；感应式变压器第三绕组13额定电压为1 kv，其它参数设置如下：（1）多绕组变压器1各绕组额定电压设置应根据实际需求，第一绕组11额定电压应考虑换流阀输出电压水平；第二绕组12额定电压应与电网电压匹配；第三绕组13额定电压应在绝缘距离、装置体积等实际制造水平允许的前提下，使滤波器体积最小。
31.（2）感应式变压器第二绕组12与第一绕组11间阻抗百分比x
21%
=18%，第二绕组12与第三绕组13间阻抗百分比x
23%
=12%，第一绕组11与第三绕组13间阻抗百分比x
13%
应根据计算得到，具体计算过程为：确定三绕组滤波器第3支路上等值x3的数值，此处定为x3=0，将x3、x
21%
、x
23%
，代入以下公式：（1）解得x
13%
=6%。
32.以上是通过固定x
21%
、x
23%
数值，求得x
13%
的方法，令x3为指定值。同样的，可通过固定x
21%
、x
13%
，或固定x
23%
、x
13%
的方法，令x3为指定值；还可将感应式变压器第三绕组13设置为绕组匝数可变，动态调节x3的大小。
33.选取容值为550uf的滤波电容c，并保证电容器在高频的寄生电感很小。此时高通滤波器阻抗随频率的变化曲线如图7所示。可以看到，滤波器在2300 hz及以上呈现非常低的阻抗值，此时，从换流阀输出的2300 hz及以上频率的谐波基本不流入电网，全部流入滤波器的第三绕组13。若要保证滤波效果，可将电容器容值设置为可调，通过动态调节电容容值，保证对高频段的滤波效果。
34.不采用任何滤波措施时，测量入网电流（上）及并网电压（下）如图8，可以看到无滤波器时，换流阀输入电网的电压及电流中都存在很大的谐波分量，不是标准的正弦波形。
35.在换流阀和电网之间加装上述参数的变压器感应式高通滤波器后，再次测量入网电流（上）及并网电压（下），如图9，与图8对比，滤波效果明显。对滤波前后入网电流进行傅
里叶分析，得到高频率电流如下：可以看到高通滤波器作用显著，2550至2850 hz入网谐波电流明显减小，若安装传统滤波器，则滤波电容c需耐受10 kv电压，直接导致装置体积很大，而本技术提出的感应式高通滤波器中的滤波电容c仅需要耐受1 kv电压，仍可显著滤除高次谐波，进一步证明了本技术提出的感应式高通滤波器的经济性和有效性。
36.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

技术特征：
1.一种高通滤波器，其特征在于，包括：多绕组变压器及滤波电路，其中，多绕组变压器，其第一绕组输入待滤波电气量，其第二绕组输出滤波后的电气量，其第三绕组与所述滤波电路连接；所述第三绕组与所述滤波电路串联连接构成高通滤波器；所述多绕组变压器用于对所述待滤波电气量进行变压。2.根据权利要求1所述的高通滤波器，其特征在于，所述第一绕组与电力电子装置连接，所述第二绕组与电网连接；所述第一绕组的额定电压与所述电力电子装置的输出电压水平匹配；所述第二绕组的额定电压与所述电网的电压匹配。3.根据权利要求1所述的高通滤波器，其特征在于，所述第三绕组为星型连接或者三角形连接。4.根据权利要求1所述的高通滤波器，其特征在于，所述多绕组变压器等效后变为t型结构电路；所述第一绕组及第二绕组的等效阻抗为正值；所述第三绕组的等效阻抗为正值、负值或者0。5.根据权利要求4所述的高通滤波器，其特征在于，通过设置所述多绕组变压器绕组之间的阻抗百分比对所述第三绕组的等效阻抗进行调节。6.根据权利要求4所述的高通滤波器，其特征在于，通过设置所述第三绕组匝数对所述第三绕组的等效阻抗进行调节。7.根据权利要求1所述的高通滤波器，其特征在于，所述滤波电路包括：滤波电容。8.根据权利要求7所述的高通滤波器，其特征在于，所述滤波电容容值为固定值或者可调。9.根据权利要求1所述的高通滤波器，其特征在于，还包括：所述第三绕组依次通过所述滤波电路、接地电路接地。10.根据权利要求9所述的高通滤波器，其特征在于，所述接地电路包括：接地阻抗。

技术总结
本发明涉及柔性输电技术领域，公开了一种高通滤波器，包括：多绕组变压器及滤波电路，其中，多绕组变压器，其第一绕组输入待滤波电气量，其第二绕组输出滤波后的电气量，其第三绕组与滤波电路连接；第三绕组与滤波电路串联连接构成高通滤波器；多绕组变压器用于对待滤波电气量进行变压。本发明与传统高通滤波器相比，加入特殊设计的感应式变压器，实现高通滤波的同时，有效降低滤波器中滤波电容的电气应力需求，有助于减小装置体积、降低装置成本。降低装置成本。降低装置成本。


技术研发人员：张永征 尉志勇 赵国亮 李猛 杨鹏 李卫国 李倩 乔光尧 徐云飞 王东 苏铁山 佟智勇 史善哲 齐少猛
受保护的技术使用者：国网河北省电力有限公司保定供电分公司
技术研发日：2023.08.30
技术公布日：2023/10/6