CN104135005A - 一种低阻高通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低阻高通滤波器，由电容器一(C1)、电抗器(L)、电容器二(C2)、电阻器(R)以及开关一(K1)、开关二(K2)组成；电容器一(C1)与电抗器(L)组成并联体一(P1)，电容器二(C2)与开关二(K2)串联后与电阻器(R)组成并联体二(P2)，并联体一(P1)与并联体二(P2)相串联；该滤波器随着谐波次数(频率)增高，可产生比既有高通滤波器的电阻值更低的阻抗，滤波效果更好，抑制高频谐振能力更强。

Description

一种低阻高通滤波器
技术领域
本发明涉及电气化铁路供电和电力系统供变电技术领域，特别涉及高通电力滤波器。
背景技术
电力电子技术的飞速发展，改善了电网供电性能，越来越广泛地应用在国民经济的各种领域，但与此同时,电网中的这些电力电子(非线性)设备的使用也引起了不容忽视的谐波问题，并且日益严重。
随着二极管不可控整流器和晶闸管半控型整流器向基于IGBT、IGCT等全控性器件的交-直-交变流器的发展，呈现出功率因数大大提高(接近于1)、较低次谐波电流显著改善、更高次谐波反而增加的特点，更容易激发电网产生谐波谐振或谐波放大，造成谐波过电流、过电压等现象，危害系统的供电、用电设备，严重时还会影响电网的安全可靠运行。近年来，随着交直交列车在电气化铁路上的广泛使用，谐波谐振造成电气化铁路的供电设备损坏，甚至影响正常、安全运行的案例时有发生。
解决更高次谐波及其引发谐波谐振的最经济、最有效的措施是使用高通滤波器。
传统的高通滤波器分为一阶、二阶、三阶及C型几种。一阶高通滤波器的优点是结构简单，造价低，运行维护方便，缺点是工频功率损耗大；为了减少工频功率损耗，发展了二阶、三阶及C型高通滤波器，但这些高通滤波器一个突出的缺点是在工频下吸收系统的容性无功功率，不适于越来越多的高功率因数(接近于1)场合，否则，将造成过补偿，反而降低功率因数。
为了消除高通滤波器的无功影响，发明了不吸收基波无功的新型高通滤波器。专利《一种串并联隔离无源电力滤波器》(申请号：200710022981.X)中提出了一种电容器、电抗器并联，其再与另一电抗器和电阻器并联后串联的新型高通滤波器；申请人提出了一种最简结构和最低成本的《牵引供电用和三相电力供电系统用二阶阻波高通滤波器装置》(申请号：201110257058.0)，这些新型滤波器都具有基波下不吸收基波无功功率、高频下呈低阻抗以利谐波通过的特性。
应用中，高通滤波器与产生谐波的非线性设备相并联，它在更高次谐波(更高频率)下呈现出比系统更低的阻抗，以便在高通滤波器与系统的分流中让更多的谐波电流流入高通滤波器而不是流入系统。上述高通滤波器在高次谐波(更高频率)下都可等效成一个电阻器，其电阻值不随频率改变而为常值，并且由于电阻器还用于限制合闸电流，故其电阻值不能选的太小，否则就影响了其滤波和抑制谐振效果的提升。本发明提供一种低阻高通滤波器，这种滤波器可以随着谐波次数(频率)增高，产生比如上高通滤波器的电阻值更低的阻抗，进而增强高频滤波效果，更有效地抑制高频谐振。
发明内容
本发明的目的是提供一种低阻高通滤波器，它能更有效地滤除更高次谐波，更有效地抑制高频谐振，提高供电质量。
实现发明目的所采用的技术方案为：一种低阻高通滤波器，由电容器一(C1)、电抗器(L)、电容器二(C2)、电阻器(R)以及开关一(K1)、开关二(K2)组成；电容器一(C1)与电抗器(L)组成并联体一(P1)，电容器二(C2)与开关二(K2)串联后与电阻器(R)组成并联体二(P2)，并联体一(P1)与并联体二(P2)相串联；投入运行时，先合开关一(K1)，待低阻高通滤波器进入稳态后再合开关二(K2)；退出运行时，先切开关一(K1)，待电容器一(C1)和电容器二(C2)放电后再切开关二(K2)。
电容器二(C2)的绝缘按系统额定电压考虑，其容量主要由流过的谐波电流及其产生的谐波电压的乘积决定。
本发明的工作原理是：利用电抗器感抗随频率增加而增加、电容器容抗随频率增加而减少的特性，使电容器二(C2)与电阻器(R)并联后的阻抗随频率增加而降低，频率(谐波次数)越高，阻抗就越小，滤波效果更好，抑制高频谐振能力更强。电阻器(R)对电容器二(C2)有阻尼作用，不会引起新的谐振。
利用投切瞬间电抗器电流不能突变、电容器电压不能突变的特性，为防止低阻高通滤波器投入时电容器一(C1)与电容器二(C2)因初始电压为0而造成短路和短路电流冲击，投入运行时，先合开关一(K1)，待低阻高通滤波器进入稳态后再合开关二(K2)，而退出运行时，先切开关一(K1)，待电容器一(C1)和电容器二(C2)放电后再切开关二(K2)，准备下一次投入。
由于稳态时电容器二(C2)不通过工频电流，因此，电容器二(C2)的容量主要由流过的谐波电流及其产生的谐波电压的乘积决定；考虑到整体性，电容器二(C2)的绝缘按系统额定电压考虑。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明不消耗工频有功功率和无功功率，具有更好的高通特性，即具有更好的高频滤波效果和更有效的抑制高频谐振的能力。
2、本发明使用常规无源电气元件，易于实施。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1是本发明低阻高通滤波器的电路结构图。
图2是本发明的一种三相电力供电系统用低阻高通滤波器电路结构图。
图3是本发明的另一种三相电力供电系统用低阻高通滤波器电路结构图。
具体实施方式
实施例1
图1示出，本发明的一种低阻高通滤波器的具体实施方式为：一种低阻高通滤波器，由电容器一(C1)、电抗器(L)、电容器二(C2)、电阻器(R)以及开关一(K1)、开关二(K2)组成；电容器一(C1)与电抗器(L)组成并联体一(P1)，电容器二(C2)与开关二(K2)串联后与电阻器(R)组成并联体二(P2)，并联体一(P1)与并联体二(P2)相串联；投入运行时，先合开关一(K1)，待低阻高通滤波器进入稳态后再合开关二(K2)；退出运行时，先切开关一(K1)，待电容器一(C1)和电容器二(C2)放电后再切开关二(K2)。
实施例2
图2示出，本发明的一种三相电力供电系统用二阶阻波高通滤波器的一种具体实施方式为：并连体一(P1)和并连体二(P2)相串联构成单相低阻高通滤波器，三个单相低阻高通滤波器按Y型接法与三相供电系统相连，即三个单相滤波器的并联体二(P2)的一端连接在一起，三个单相滤波器的另一端则分别与三相供电系统的A、B、C三相相连。
图3示出，本发明的一种三相电力供电系统用二阶阻波高通滤波器的另一种具体实施方式为：并联体一(P1)和并联体二(P2)相串联构成单相低阻高通滤波器，三个单相低阻高通滤波器按△型接法与三相供电系统相连，即任一单相滤波器的并联体二(P2)的一端与相邻的单相滤波器的并联体一(P1)的一端相互连接，构成△型接法，单相滤波器之间的连接点分别与三相供电系统的A、B、C三相相连。

Claims (3)

1.一种低阻高通滤波器，由电容器一(C1)、电抗器(L)、电容器二(C2)、电阻器(R)以及开关一(K1)、开关二(K2)组成，其特征在于：电容器一(C1)与电抗器(L)组成并联体一(P1)，电容器二(C2)与开关二(K2)串联后与电阻器(R)组成并联体二(P2)，并联体一(P1)与并联体二(P2)相串联。
2.根据权利要求1所述之低阻高通滤波器，其特征在于：电容器二(C2)的容量主要由流过的谐波电流及其产生的谐波电压的乘积决定。
3.根据权利要求1所述之低阻高通滤波器，其特征在于：投入运行时，先合开关一(K1)，待低阻高通滤波器进入稳态后再合开关二(K2)；退出运行时，先切开关一(K1)，待电容器一(C1)和电容器二(C2)放电后再切开关二(K2)。
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