CN113964832A - 一种降低电能质量设备对载波抄表影响的拓扑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低电能质量治理设备影响载波抄表的拓扑，包括浪涌防护单元、EMI滤波单元、熔断保护单元、LCL滤波单元、逆变单元、直流母线单元，其中，共模电感Lz抑制高频共模噪声，当共模电流流经线圈，会增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，衰减共模电流，实现滤波；差模滤波电容X1、X2、X3滤除相线与N之间的差模噪声干扰；共模滤波电容Y1、Y2、Y3、Y4，连接于相线与地或者零线N与地之间，滤除两者之间的共模噪声干扰。本发明解决了设备产生的高频干扰噪声，避免影响电网环境，提高载波抄表的成功率，减少抄表失败。

Description

一种降低电能质量设备对载波抄表影响的拓扑
技术领域
本发明属于电能质量治理领域，具体涉及一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑。
背景技术
近年来，随着公共电网的不断扩展以及分布式发电等电力电子设备的接入，加之用电不规律等原因，低压台区电能质量问题愈加明显。国家电网公司及南方电网公司多次出台相关文件进行低压台区电能质量治理，中国电科院也起草了关于三相不平衡治理设备的标准制定。要求对中性线电流超过配电变压器低压侧额定电流25％和三相电流不平衡度大于15％的台区实施负荷调整，以最大限度降低三相负荷不平衡对台区供电能力、供电质量、供电安全和经济运行水平的影响。为了改善低压台区三相不平衡现象，降低变压器过载以及线路损耗等问题，提高变压器使用寿命，电能质量治理设备正在广泛得到采用。
电能质量治理设备所处的电网环境为低压配电网，目前我国低压配电网还存在大量的台区采用载波通信实现电力终端抄表。为了解决台区电流不平衡问题而增加的补偿设备，因其电力电力开关器件工作的开关频率多为10k-100kHz之间，其产生的高频干扰噪声势必会干扰载波抄表，进而降低抄表成功率。因此，解决不平衡补偿设备运行会影响台区载波抄表问题具有较高的实用性及经济效益。
传统的电能质量治理设备，没有专门用于抑制高频干扰噪声的模块，更没有针对载波抄表进行专门的设计。在遇到影响载波抄表的情况时通过在设备外增加额外的滤波装置进行处理，抑制一部分的噪声干扰。这类滤波装置多采用差模电感与安规X电容等器件组成，额外的增加滤波装置不仅会浪费一部分的人力物力成本，同时在设备外增加X电容，必然会影响电网阻抗，导致载波信号衰减，从而进一步影响载波抄表。
另外，外置滤波装置若无法满足相关的防护要求，可能会降低设备整体的防护能力及抗干扰能力。
发明内容
本发明提供了一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，以解决现有技术中因设备产生的高频干扰噪声，避免影响载波抄表所处的电网环境，进而提高载波抄表的成功率，减少造成抄表失败甚至经济损失。
为实现上述目的，本发明提出了一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，其特征在于，所述拓扑包括：浪涌防护单元、EMI滤波单元、熔断保护单元、LCL滤波单元、逆变单元、直流母线单元，其中：
所述浪涌防护单元与EMI滤波单元连接，且连接点接交流电网，用于提高设备抗雷击能力；
所述EMI滤波单元与熔断保护单元连接，EMI滤波单元的主要功能是抑制设备产生的高频噪声对电网环境产生干扰；
所述熔断保护单元与LCL滤波单元连接，熔断保护单元主要用于设备出现损坏时，将设备从电网环境中脱离；
所述LCL滤波单元与逆变单元连接，LCL滤波单元用于滤除逆变电流中的谐波成分；
所述逆变单元与直流母线单元连接，逆变单元与直流母线单元的主要功能是完成设备与电网间的能量转换。
进一步地，所述浪涌防护单元与EMI滤波单元连接，且连接点接交流电网；所述EMI滤波单元与熔断保护单元连接；所述熔断保护单元与LCL滤波单元连接；所述LCL滤波单元与逆变单元连接；所述逆变单元与直流母线单元连接。
更进一步地，所述浪涌防护单元包括：连接于电网相线与电网零线之间的压敏电阻和连接于电网零线与地之间的压敏电阻及气体放电管，主要功能是提高设备抗雷击能力。
更进一步地，所述EMI滤波单元包括共模电感及X、Y电容；所述的共模电感输入一端分别相连于电网各进线，另一端与熔断保护单元中熔断器一端相连；所述X电容一端与共模电感相线输出端相连，另一端连接与N线；所述Y电容一端与共模电感输出端相连，另一端与地相连，主要功能是抑制设备产生的高频噪声对电网环境产生干扰。
更进一步地，所述熔断保护单元为分别串接于相线的熔断器；且所述的熔断器一端分别相连于共模电感相线绕组，另一端分别与LCL滤波单元中网侧电感的绕组一端相连，熔断保护单元主要用于设备出现损坏时，将设备从电网环境中脱离。
更进一步地，所述LCL滤波单元主要功能为滤除逆变电流中的谐波成分，包括：网侧电感、滤波电容和逆变电感；所述的逆变电感绕组一端与网侧电感绕组一端相连，另一端与逆变单元输出相连；所述滤波电容一端与网侧电感和逆变电感连接点相连，另一端连接于零线。
更进一步地，所述直流母线单元对于三相LCL型并网逆变器为共用直流母线。
可选地，所述直流母线单元可连接至电网零线，或者，不连接至电网零线。
可选地，所述逆变单元为两电平输出逆变单元，或者，三电平输出逆变单元，或者，多电平输出逆变单元。
本发明有益效果：本发明的EMI滤波单元主要由差模滤波电容(X电容)X1～X3、共模滤波电容(Y电容)Y1～Y4以及共模电感Lz组成。差模滤波电容X1～X3用于抑制高频差模干扰；共模滤波电容Y1～Y4为共模电流返回开关管初级的回路提供了路径，减少干扰通过导线耦合到电网上；共模电感Lz则阻止共模电流通过相线及零线进入电网。解决了现有技术中因设备产生的高频干扰噪声，避免影响载波抄表所处的电网环境，进而提高载波抄表的成功率，减少造成抄表失败甚至经济损失。
附图说明
图1是本发明提供的降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑的结构示意图；
图2是本发明提供的降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑实施例的示例图；
图3是本发明提供的降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑中EMI滤波单元的示例图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
本发明提供了一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，以解决现有技术中因开关器件产生的高频噪声干扰注入电网，进而影响低压台区载波抄表，造成抄表成功率下降等问题。
如图1所示，一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，包括：浪涌防护单元010、EMI滤波单元020、熔断保护单元030、LCL滤波单元040、逆变单元050、直流母线单元060。其中，浪涌防护单元010与EMI滤波单元020连接，且连接点接交流电网000；EMI滤波单元020与熔断保护单元030连接；熔断保护单元030与LCL滤波单元040连接；LCL滤波单元040与逆变单元050连接；逆变单元050与直流母线单元060连接。
如图2所示，为本发明的三相拓扑实施例，浪涌防护单元010包括：连接于电网相线与电网零线N之间的压敏电阻和连接于电网零线N与地PE之间的压敏电阻及气体放电管。
图2中，EMI滤波单元包括:串接在A\B\C\N各相中的共模电感Lz，分别连接于共模电感相线一端与零线之间的差模滤波电容X1、X2、X3，分别连接于电网A\B\C\N各相与地之间的共模滤波电容Y1、Y2、Y3、Y4。其中，共模电感Lz用于抑制高频噪声干扰，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的；差模滤波电容X1、X2、X3滤除相线与N之间的差模噪声干扰，且X1、X2、X3需要放置在共模电感内侧，不能直接连接电网，否则会影响电网阻抗，进一步衰减载波信号；共模滤波电容Y1、Y2、Y3、Y4，连接于相线与地或者零线N与地之间，滤除两者之间的共模噪声干扰。
图2中，熔断保护单元030为串接于相线A\B\C的熔断器F1、F2、F3。熔断器主要用于设备出现损坏时，将设备从电网环境中脱离，但同时需要兼顾其抗浪涌性能，一般地，该熔断器参数选型时的抗浪涌电流能力应低于功率开关器件的抗浪涌电流能力，从而保障在浪涌电流达到功率开关器件抗浪涌电流能力极限前熔断器提前熔断，以免功率开关器件因浪涌干扰失效。
如图2所示，LCL滤波单元040包括：网侧电感L1\L3\L5、滤波电容C1\C2\C3和逆变电感L2\L4\L6。其中，逆变电感L2\L4\L6绕组一端分别与网侧电感L1\L3\L5绕组一端相连，另一端分别与逆变单元050各相输出相连；滤波电容C1\C2\C3一端分别与网侧电感L1\L3\L5和逆变电感L2\L4\L6连接点相连，另一端连接于零线N。
图2中，逆变单元050可为两电平输出逆变单元，或者，三电平输出逆变单元，或者，多电平输出逆变单元；直流母线单元060可连接至电网零线N，或者，不连接至电网零线N。
优选地，直流母线单元060由上直流母线Cs和下直流母线Cx组成，上直流母线Cs负极和下直流母线Cx正极连接，连接点接电网零线N，如图2所示。
优选地，逆变单元050为三电平输出T型逆变拓扑，如图2所示。以C相为例，三电平输出T型逆变拓扑由功率开关器件T1、功率开关器件T2、功率开关器件T3、功率开关器件T4组成。定义与功率开关器件中二极管阴极相连接引脚为1、二极管阳极相连接引脚为2，则功率开关器件T1的引脚2、功率开关器件T4的引脚1、功率开关器件T3的引脚2相连接，连接点为逆变单元050输出端，连接LCL滤波单元040的C相；功率开关器件T2的引脚1与功率开关器件T3的引脚1连接，功率开关器件T2的引脚2与上直流母线Cs和下直流母线Cx连接点相连接，即与电网零线N相连接；功率开关器件T1的引脚1与上直流母线Cs的正极相连接；功率开关器件T4的引脚2与下直流母线Cx的负极相连接。
以图3所示拓扑为例对本发明提出的一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑的工作原理进行说明：
拓扑中的EMI滤波单元020用于在有源不平衡补偿设备端口处为高频噪声提供返回的路径，并抑制流往电网的共模噪声。其中，共模电感Lz用于抑制高频噪声干扰，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的；差模滤波电容X1、X2、X3滤除相线与N之间的差模噪声干扰，且X1、X2、X3需要放置在共模电感内侧，不能直接连接电网，否则会影响电网阻抗，进一步衰减载波信号；共模滤波电容Y1、Y2、Y3、Y4，连接于相线与地或者零线N与地之间，滤除两者之间的共模噪声干扰。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效拓扑或等效方案变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，包含浪涌防护单元、EMI滤波单元、熔断保护单元、LCL滤波单元、逆变单元、直流母线单元，其特征在于：
所述浪涌防护单元与EMI滤波单元连接，且连接点接交流电网，用于提高设备抗雷击能力；
所述EMI滤波单元与熔断保护单元连接，EMI滤波单元的主要功能是抑制设备产生的高频噪声对电网环境产生干扰；
所述熔断保护单元与LCL滤波单元连接，熔断保护单元主要用于设备出现损坏时，将设备从电网环境中脱离；
所述LCL滤波单元与逆变单元连接，LCL滤波单元用于滤除逆变电流中的谐波成分；
所述逆变单元与直流母线单元连接，逆变单元与直流母线单元的主要功能是完成设备与电网间的能量转换。
2.根据权利要求1所述的一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，其特征在于，所述浪涌防护单元包括连接于电网相线与电网零线之间的压敏电阻和连接于电网零线与地之间的压敏电阻及气体放电管。
3.根据权利要求1所述的一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，其特征在于，所述EMI滤波单元包括共模电感及X、Y电容；所述的共模电感输入一端相连于电网进线，另一端与熔断保护单元中熔断器一端相连；所述X电容一端与共模电感相线输出端相连，另一端连接与N线；所述Y电容一端与共模电感输出端相连，另一端与地相连。
4.根据权利要求1所述的一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，其特征在于，所述熔断保护单元为串接于相线的熔断器；且所述的熔断器一端相连于共模电感相线绕组，另一端与LCL滤波单元中网侧电感的绕组一端相连。
5.根据权利要求1所述的一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，其特征在于，所述LCL滤波单元包括：网侧电感、滤波电容和逆变电感；所述的逆变电感绕组一端与网侧电感绕组一端相连，另一端与逆变单元输出相连；所述滤波电容一端与网侧电感和逆变电感连接点相连，另一端连接于零线。
6.根据权利要求1所述的一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，其特征在于，所述逆变单元为两电平输出逆变单元，或者，三电平输出逆变单元，或者，多电平输出逆变单元。
7.根据权利要求1所述的一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，其特征在于，所述直流母线单元可连接至电网零线，或者，不连接至电网零线；所述直流母线单元对于有源不平衡补偿设备为共用直流母线。
8.根据权利要求1所述的一种降低电能质量治理设备对载波抄表影响的拓扑，其特征在于，所述浪涌防护单元、熔断保护单元、LCL滤波单元、逆变单元的个数与有源不平衡补偿设备所在电网环境中的相线个数相同。
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