[發明專利]濾波器裝置

在審

• 申請號: 202011174452.3
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112821735A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·斯特林貝格;尼克拉斯·索多
• 申請（專利權）人: 偉肯有限公司
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H01F37/00;H01F27/24;H01F27/30
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 文潔

一種濾波器裝置，濾波器裝置與電力轉換器連接以用于在多相AC電壓網絡和DC電壓網絡之間傳輸電力。該濾波器裝置包括耦合在逆變器電橋的每個AC端子與對應的AC網絡相端子之間的差模線圈，以及耦合在每個逆變器電橋DC端子與對應的DC網絡端子之間的共模線圈。兩個電感器位于相同的磁芯結構中，使得每個差模繞組纏繞其自身的特定相的磁芯芯柱，并且全部共模繞組纏繞其自身的單個磁芯芯柱。AC側和DC側電感器繞組的纏繞方向使得在相同方向上沿兩個電感器流動的共模電流在每個磁芯芯柱中感應出通量，該通量增強在磁芯中循環的總通量。

技術領域

本發明涉及一種與電力轉換器連接的濾波器裝置，以用于在直流“DC”電壓網絡和多相交流“AC”電壓網絡之間傳輸電力。此外，本發明還涉及配電系統，其中采用了可以應用根據本發明的濾波器裝置的電力轉換器。

背景技術

逆變器廣泛地用于DC電力和AC電力之間轉換的電力電子應用中。最普遍的逆變器類型，即PWM逆變器，將DC電源電壓轉換成由具有變化寬度的脈沖組成的AC輸出電壓。在此，輸出電壓是通過所謂的脈寬調制“PWM”方法形成的，其目的是形成具有期望的基波分量和最小量的不利諧波的輸出電壓脈沖圖形。

PWM電壓圖形的瞬時平均值不是像例如在三相對稱正弦電壓波形中那樣為零，而是在DC電源電壓范圍內變化。非零的平均電壓值形成全部相的共用的電壓分量，產生所謂的共模電流，該共模電流在連接到設備的DC網絡和AC網絡中循環并且可能對環境造成有害影響。對于通常使用的調制方法，共模電壓和產生的共模電流越高，逆變器輸出AC電壓的值就越低。在一些應用中，脈沖形狀的電壓是不可接受的，因此輸出AC電壓需要被濾波成更接近正弦波形。例如在許多可再生能源應用中就是這種情況，其中所產生的電力被饋送到公共能量分配網。

在PWM應用中常用的濾波器解決方案是所謂的LCL濾波器，LCL濾波器耦合在逆變器輸出端子和配電網絡之間，如圖1所示。LCL濾波器通常包括耦合在第一電感濾波器和第二電感濾波器之間的電容濾波器。這種濾波器類型的缺點是電感元件，電感元件通常大且重，從而產生相當大的電力損耗。因此，濾波器需要適當的外殼和有效的冷卻裝置。為了限制共模電流，在該濾波器裝置中還需要附加的共模線圈。總體上，LCL濾波器顯著地增加了裝置的尺寸和成本。

在PWM應用中的另一種已知的濾波器解決方案包括串聯連接的電感器和電容濾波器裝置，如圖2所示。在該濾波器的優選實施例中，電感器位于相同的磁芯結構上，使得每個差模繞組都纏繞其自身的磁芯芯柱，并且全部共模繞組都纏繞公共的單個磁芯芯柱，如圖5的示例所示。這種濾波器的缺點是總的AC電流，即其全部的差模分量和共模分量，必須沿著串聯耦合的兩個電感器流動。尤其是在同時具有低AC輸出電壓和高輸出電流的工作點中，共模線圈同時被加載在最壞情況下的共模電流和在最壞情況下的差模電流。因此，這種情況必須作為共模線圈和磁芯芯柱設計的基礎。這種濾波器的另一個缺點是，可能難以將共模線圈的全部繞組都放置在同一磁芯芯柱周圍。

發明內容

本發明的目的是提供一種新穎的濾波器裝置，以用于DC電壓網絡與多相AC電壓網絡之間的電力轉換器。本發明的濾波器裝置避免了現有技術的缺點，例如在同時出現的最壞情況的差模電流分量和共模電流分量下的共模線圈的尺寸或笨重的LCL濾波器電路。本發明的目的通過獨立權利要求中所述的內容來實現，其它優選實施例在從屬權利要求中公開。

根據本發明，濾波器裝置包括耦合在逆變器電橋的每個AC端子與對應的AC網絡相端子之間的差模線圈，以及耦合在每個逆變器電橋DC端子與對應的DC網絡端子之間的共模線圈。根據本發明，兩個電感器位于相同的磁芯結構中，使得每個差模繞組纏繞其自身的特定相的磁芯芯柱，并且全部共模繞組有利地纏繞其自身的單個磁芯芯柱。電感線圈纏繞其磁芯芯柱，使得在DC網絡和AC網絡之間沿著兩個電感器在相同方向上流動的共模電流在每個磁芯芯柱中感應出通量，該通量增強在磁芯中循環的總通量。

根據本發明的實施例，DC側共模電感器結構還包括差模電感，使得差模電感小于共模電感的15％。