一种消除谐振的电网变流器的制作方法

本实用新型属于发电技术领域，具体地说，涉及一种消除谐振的电网变流器。

背景技术：

在风场发电中，由于电网谐波导致变流器会出现交流滤波电容回路故障的情况。根据故障记录发现：故障前变流器网侧电流发生谐振，而谐振频率刚好和LCL滤波器的固有谐振频率一致。该谐振频率点较远地躲开了变流器产生的高频谐波的影响，并可以避开大多数来自电网的谐波激励，但不能保证能够适应所有条件下的电网环境，一旦电网中出现谐振点附近的谐波源，在足够强度的激励下LCL滤波器将发生谐振。基于对故障记录中电网电压数据的FFT分析，认为是电网谐波导致变流器网测LCL滤波器出现谐振，引起滤波回路出现过电流，进而造成器件损坏。

有鉴于此特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种设有电流监测霍尔器件并通过虚拟电阻法衰减LCL滤波器谐振的改进型电网变流器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：

本实用新型公开了一种消除谐振的电网变流器，所述电网变流器设有滤波器，所述滤波器为LCL滤波器，所述滤波器的电容支路串联安装有电流监测器件，所述电流监测器件为霍尔元件。

进一步地，所述电网变流器还设有控制电路，所述电流监测器件一端与电网变流器的控制电路相连。

进一步地，所述电流监测器件为霍尔电流传感器。

进一步地，所述滤波器的电容支路上还设有分压用虚拟电阻，所述虚拟电阻为有源阻尼。

进一步地，所述滤波器的电容支路上设有滤波电容和/或投切电容接触器。

进一步地，所述电网变流器安装于风场电网中，具有交流滤波回路。

进一步地，所述滤波器包括电感支路与电容支路，所述电感支路包括设有第一电感的第一电感支路与设有第二电感的第二电感支路，所述第一电感支路与第二电感支路相连，所述第一电感支路和第二电感支路的连接点处还连接有电容支路，所述第一电感支路、第二电感支路及电容支路呈T型连接设置。

进一步地，所述电容支路设有串联的电容及电流监测器件，所述电流监测器件靠近电容支路与电感支路的连接点。

进一步地，所述电容为可投切电容，包括投切电容接触器及供投切的第一电容和第二电容，所述第一电容与第二电容均与投切电容接触器相连。

进一步地，所述投切电容接触器与电流监测器件串联。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

本实用新型的电网变流器采用了有源电阻法实现了对LCL滤波器的谐波抑制，操作简单，最大限度减小了系统损耗；同时，在滤波器的电容支路上与电容串联设有电流监测器件进行过流保护，变流器通过电流监测器件可以对电容支路的电流进行实时大小监测，当谐振严重，通过电容支路的电流过大时，可以实现故障报警及安全停机，进一步有效保护了设备。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本实用新型的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：

图1是本实用新型实施例中通过无源阻尼法抑制LCL滤波器谐振的电路示意图；

图2是本实用新型实施例中设有电流监视器件的LCL滤波器电路示意图；

图3是本实用新型实施例中增加虚拟电阻前后滤波器的传递函数波特对比图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在利用新能源风能发电的风场电网中均设有变流器，包括整流器、逆变器、交流变换器及直流变换器等。变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。变流器除主电路外，还需有控制功率开关元件通断的驱动电路和实现对电能调节、控制的控制电路。以上所述的如整流器、逆变器、变频器等等变流器，在运行的过程中一方面会产生谐波电流污染电网，另一方面输出电压含高次谐波向空间辐射高频电磁波，污染电磁环境。因此，使用变流器，尤其是大功率变流器时，应采取必要的谐波抑制及谐波治理。

另一方面，变流器也会受到来自电网的谐波干扰，产生谐振。本实用新型所述的大唐靖边新能源所属风场中，观测发现电网中的变流器会出现交流滤波电容回路故障的情况，并根据故障记录发现故障前变流器网侧电流发生谐振，而谐振的频率刚好与LCL滤波器的固有谐振频率一样。

为：

经推断电网中出现了该谐振点附近的谐波源，在足够强度的激励下LCL滤波器发生了谐振。亦即电网谐波导致变流器网侧的LCL谐波器出现谐振，引起滤波回路出现过电流，继而造成器件损坏。

实施例一

如图1所示，为通过无源阻尼法抑制LCL滤波器谐振的电路示意图。当LCL滤波器在一定频率的谐波激励下发生谐振时，会造成系统不稳定。本实施例所述的方法为旧有技术：“无源阻尼法”，对变流器中的LCL滤波器进行了结构上的改进，如图所示在LCL滤波器的电容Cf支路上串联有电阻Rd，通过该串联的电阻Rd来衰减谐振作用。但由于该方法设计下的电路增加了电阻，会大大增加系统的损耗。

实施例二

图中未示出，本实施例的方法对变流器中的LCL滤波器也进行了改进，相较实施例一而言：一方面衰减了LCL滤波器的谐振，另一方面又可避免系统损耗，叫做“有源阻尼法”，又称“虚拟电阻法”。该方法通过修正算法来使系统达到稳定，消除谐振作用，具体地，该方法通过增加控制的复杂性避免无源阻尼的损耗问题。本实施例的改进相较实施例一而言，避免了无源阻尼的损耗问题。

本实施例所述的电网变流器改进：在实现控制的软件中加入了有源阻尼的功能，通过增加虚拟电阻的算法，取代了实际电阻的功能。使得在谐波电压较高的情况下，依然可以抑制变流器网侧谐振点的谐波电流，有效降低了滤波电容回路上的电流，起到保护开关和电容的目的。另一方面，相较无源阻尼，大大减小了阻尼对系统造成的损耗。

如图3所示，为增加虚拟电阻前后滤波器的传递函数波特对比图。横轴为频率，纵轴为振幅，其中V1曲线对应增加虚拟电阻前，V2曲线对应增加虚拟电阻后。从图中可以明显看出，通过增加虚拟电阻，谐振点上的增益得到了大幅抑制。说明该方法可以有效地抑制谐振，保护电网变流器中滤波器的使用。

实施例三

如图2所示，为设有电流监视器件的LCL滤波器电路示意图。该电路包括电感L1、电感L2及电容。电感L1与电感L2相连，电感L1与电感L2之间的连接点处还连接有第三路的电容支路，电容支路设有电容，电容支路与电感L1及电感L2呈T型分布连接。

本实施例为上述实施例二的进一步限定，在使用有源阻尼法时，在电容支路上增加了霍尔器件进行电流监视，实现过流保护。此处的霍尔器件为电流监测器件H12，电流监测器件H12与电容支路的电容串联，靠近电容支路与电感支路的连接点设置。

由于LCL滤波器一旦发生谐振，滤波电容支路的电流将急剧增加，此处在电容支路上设有电流监测器件H12实现电流监控。电流监测器件H12还与电网变流器的控制电路相连，当电流监测器件H12检测到的电流过大，超过门限一定时间时，会将信息传递给控制电路，变流器将报故障停机，实现自我保护。

优选的，此处的电路监测器件为霍尔电流传感器。

实施例四

本实施例与上述实施例三的区别在于：所述滤波器电容支路上设有投切电容接触器。投切电容接触器是专用于无功补偿装置中电容器切投的器件。如图2所示，电容C为可投切电容，包括供投切用的电容C1、电容C2及投切电容接触器C1/C2，电容C1与电容C2均与投切电容接触器C1/C2相连实现投切，投切电容接触器C1/C2与电流监测器件H12串联。

增加投切电容接触器的好处在于：可以减少电容器投入时的涌流。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。