CN204316327U - 一种用于双馈风力发电系统的emi滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器，包括串联的第一级滤波器及第二级滤波器，第一级滤波器包括第一电感组件及第一电容组件，第二级滤波器包括第二电感组件及第二电容组件，第一电感组件与变流器侧串联，第一电感组件与第二电感组件串联，第二电感组件与发电机转子串联，所述第一电感组件与第二电感组件之间的相与相串联有第一电容组件，第二电感与发电机转子之间的各相与地串联有第二电容组件。本实用新型能很好的抑制双馈变流器产生的高频干扰；使共模电压的幅值得到抑制；避免比较陡的脉冲电压在电机绕组上极不均匀的分布造成发电机绕组局部绝缘击穿，防止发电机绕组击穿而产生的安全隐患。

Description

一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种EMI滤波器，具体涉及一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器。

背景技术

当前双馈风力发电机组设计寿命20年，双馈风力发电机组的稳定可靠运行至关重要，发电机是双馈风力发电机组很重要的一个部件，且难于更换，确保发电机处于良好的运行状态至关重要。

现有的双馈风力发电系统多采用双馈变流器，以实现对双馈电机定子频率和功率因素的控制，双馈变流器大都采用PWM调制技术，使用IGBT作为开关器件，其高开关速度大大降低了开关损耗，减少了散热器的体积。但是，IGBT开通和关断过程中会产生很大的du/dt、di/dt，由于线路中寄生电容和寄生电感的存在，就会导致很严重的电磁干扰，且随着系统功率的提高而日益严重，电磁干扰问题已成为影响系统安全稳定运行的显著问题。双馈变流器产生的电磁干扰不仅会污染电网环境，而且过高的轴电压和轴电流还会影响电机的使用寿命。

现有的双馈变流器，在机侧变流器多采用单级EMI滤波器进行滤除高频干扰，共模干扰和差模干扰无法同时得到有效的抑制，而且差模干扰和共模干扰还会相互转化，不能很好的实现高频干扰的抑制效果。单级EMI滤波器插入损耗是随阻抗变化的，实际应用中不仅负载阻抗会有变化，干扰源阻抗也同样是变化的，此时的情况就更复杂了。由于很难确定负载阻抗和源阻抗的变化情况，单级滤波器很难实现很好的抑制效果，单级EMI滤波器的插入损耗会大打折扣，无法实现预期的滤波效果。

实用新型内容

为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器，该EMI滤波器用于双馈风力发电系统，能很好的对双馈变流器产生的电磁干扰进行抑制，可以减少由于电磁干扰产生的误动作，使双馈风力发电系统正常运行。另外，可以使发电机轴电压和轴电流大大降低，延长发电机的使用寿命，降低风力机组的维护成本。

为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：

一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器，包括串联的第一级滤波器及第二级滤波器，第一级滤波器包括第一电感组件及第一电容组件，第二级滤波器包括第二电感组件及第二电容组件，第一电感组件与变流器侧串联，第一电感组件与第二电感组件串联，第二电感组件与发电机转子串联，所述第一电感组件与第二电感组件之间的相与相串联有第一电容组件，第二电感与发电机转子之间的各相与地串联有第二电容组件。

所述第一电容组件包括三个相同的电容，三相线中任意两个相线之间连接有电容。

所述第二电容组件包括三个相同的电容，三个电容为星形接法，公共端接地。

所述第一电感组件包括分别串联在三相导线上的电感，电感为铜绕组电感。

所述第二电感组件包括多个套在三相导线上超微晶磁环。

所述第一电容组件的电容及第二电容组件的电容均为薄膜电容。

一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器的制作方法，包括以下步骤：

步骤一：对于EMI滤波元件的选取有两个重要的要求：1)必须能承受设备运行时所需的额定电压和额定电流2)在所应用的频段内，它们的高频特性需要保持不变。电容器应用在高频时，还必须考虑寄生电感的影响，电感应用在高频时需要考虑电感线圈各匝之间的寄生电容。用阻抗分析仪测量电感、电容的高频特性，选择应用频率范围为150K到30M的滤波元器件，并选用超微晶磁环，同时套住三相线，能够很好的抑制共模干扰，当有高频能量穿过超微晶磁环时，电阻性分量就会把这些能量转化为热能耗散掉；

步骤二：根据双馈变流器正常运行时由频谱仪测得的频谱图，由哪个频段的干扰幅值超标，确定电感L1、L2的值以及电容C1、C2的值，滤波器输入和输出处的元件取值的规则为：在所期望的截止频率上，应分别与干扰源阻抗和负载阻抗大致相等；

步骤三：EMI滤波器的拓扑结构是根据“最大失配”原则来选择的，即对于低的干扰源阻抗或负载阻抗就要使用高阻抗的扼流圈来和它相串联以发挥电感的高阻特性；而对于高的干扰源阻抗或负载阻抗，则使用低阻抗的电容和它并联以发挥电容器的高通特性；

步骤四：通过信号发生器模拟双馈变流器运行过程中产生的高频干扰，经EMI滤波器滤波后，用频谱仪测的干扰频谱波形，判断EMI滤波器能否达到其要求的插入损耗。

本实用新型的有益效果：

本实用新型涉及一种双馈风力发电系统EMI滤波器，可以更好的解决传统双馈变流器EMI滤波器无法解决的一些问题。采用两级滤波器设计，避免源阻抗和负载阻抗不匹配时，对插入损耗的影响。从共模干扰和差模干扰两个方面来实现高频干扰的抑制，很好的解决双馈变流器产生的高频干扰问题。

本实用新型可以使双馈变流器产生的电磁干扰得到抑制，防止器件的误动作，避免对系统内部通信产生干扰，使双馈风力发电系统稳定运行。

本实用新型更好的解决了双馈风力发电系统中双馈变流器运行过程中产生的电磁干扰，使共模电压的幅值得到抑制，避免因轴电压过大产生大的轴电流而导致的发电机轴承的损坏，提高发电机的使用寿命。

本实用新型可以实现变流器和发电机使用长线电缆连接，避免电机端产生过电压，从而避免比较陡的脉冲电压在电机绕组上极不均匀的分布造成发电机绕组局部绝缘击穿，防止发电机绕组击穿而产生的安全隐患。

附图说明

图1为本实用新型双馈变流器EMI滤波器；

图2为EMI滤波器的插入损耗测量。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

如图1-2所示，一种双馈风力发电系统EMI滤波器制作时，信号发生装置模拟双馈变流器工作过程中由于IGBT的开断产生的电磁干扰；阻抗分析仪用来测量电感、电容元器件的高频特性，以便选择高频特性好的电感、电容元器件；信号测量装置用来测量由信号发生装置产生的电磁干扰经EMI滤波器滤波后的高频干扰，以验证EMI滤波器的滤波效果。

薄膜电容C1、C2，薄膜电容的ESR通常很低，一般在1mΩ以下，寄生电感也非常低，仅为几十个nH，高频特性比较优越。

铜绕组电感L1，低频时阻抗较低，高频时阻抗很大，可以很好的抑制高频干扰。

超微晶磁环L2，吸收高频信号并将吸收的能量转换为热能耗散掉，从而抑制高频干扰沿导线传输的目的，把磁环套在三相导线上，可以很好的抑制共模干扰。

EMI滤波器采用两级滤波，L1、C1组成第一级滤波器，电容C1接在相线之间，高频时阻抗很小，可以为差模电流提供流通路径，主要用于抑制双馈风力发电系统运行中双馈变流器产生的差模干扰，降低差模电压；L2、C2组成第二级滤波器，电容C2接在相线与地之间，为共模电流提供通路，使共模电流流入大地，电感L2可以将高频干扰信号转换为热能耗散掉，从而很好的抑制共模干扰；EMI滤波器通过两级设计，不但可以很好的降低源阻抗和负载阻抗的变化对EMI滤波器插入损耗的影响，还可以实现对共模干扰和差模干扰的抑制，降低双馈变流器传导到电机端的电磁干扰，大大降低了发电机的轴电压和轴电流，延长发电机的使用寿命。

信号发生装置采用信号发生器MXG RF vector 9kHz to 6GHz，用来模拟变流器运行过程中产生的高频干扰，电感L1为铜绕组电感、电感L2为超微晶磁环、电容C1、C2为薄膜电容。阻抗分析仪为E4980A，用来分析电感、电容的高频特性。信号测量装置采用频谱仪PXASignal Analyzer N9030 3Hz-8.4Gz，用来测量由信号发生器产生，经滤波器滤波后的高频传导干扰。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器，其特征是，包括串联的第一级滤波器及第二级滤波器，第一级滤波器包括第一电感组件及第一电容组件，第二级滤波器包括第二电感组件及第二电容组件，第一电感组件与变流器侧串联，第一电感组件与第二电感组件串联，第二电感组件与发电机转子串联，所述第一电感组件与第二电感组件之间的相与相串联有第一电容组件，第二电感与发电机转子之间的各相与地串联有第二电容组件。

2.如权利要求1所述的一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器，其特征是，所述第一电容组件包括三个相同的电容，三相线中任意两个相线之间连接有电容。

3.如权利要求1所述的一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器，其特征是，所述第二电容组件包括三个相同的电容，三相线中任意两个相线之间连接有电容。

4.如权利要求1所述的一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器，其特征是，所述第一电感组件包括分别串联在三相导线上的电感，电感为铜绕组电感。

5.如权利要求1所述的一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器，其特征是，所述第二电感组件包括多个套在三相导线上超微晶磁环。

6.如权利要求2或3所述的一种用于双馈风力发电系统的EMI滤波器，其特征是，所述第一电容组件的电容及第二电容组件的电容均为薄膜电容。