專利名稱：改進(jìn)的電濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有源電濾波器，以及使用該濾波器的方法，本發(fā)明尤其涉及，但是并不僅僅涉及供電系統(tǒng)的濾波器。
背景技術(shù)：
許多設(shè)備連接到交流和直流電源系統(tǒng)，而且在該電源系統(tǒng)中，這種設(shè)備通常在電壓和電流方面產(chǎn)生失真。這種失真除非被校正，否則易于對(duì)該電源系統(tǒng)內(nèi)的其它設(shè)備產(chǎn)生干擾。
最強(qiáng)的干擾裝置可能是額定功率為100MW至2000MW或者更高數(shù)量級(jí)的HVDC變換器。具有較低額定功率的其它裝置包括與諸如礦井提升機(jī)(mine-winder)和軋鋼機(jī)的工業(yè)設(shè)備有關(guān)的變換器。
通常用于減小干擾的方法，是在線路與該線路的回線(return)之間的干擾源上設(shè)置一個(gè)并聯(lián)濾波器。(回線通常接地，但是不是必須接地)。當(dāng)前使用的大多數(shù)濾波器采用無源濾波器形式，這種無源濾波器含有電感器和電容器，有時(shí)還具有附加電阻器。
無源濾波器可以并聯(lián)到交流或直流系統(tǒng)，而且通常包括串聯(lián)的電感器-電容器調(diào)諧支路，該串聯(lián)電感器-電容器調(diào)諧支路被調(diào)諧到最大干擾諧波上，而且有時(shí)包括其它相對(duì)較寬的寬帶(“阻尼”)濾波器支路(通常具有附加電阻器)，用以過濾高頻。這種無源濾波器的主要功能是在干擾頻率上表現(xiàn)為低(理想情況是零阻抗)并聯(lián)阻抗，從而通過該濾波器，基本上使所有干擾電流分量轉(zhuǎn)向。
這種現(xiàn)有技術(shù)的無源濾波器的缺點(diǎn)在于，交流系統(tǒng)頻率的變化，典型地為百分之幾的頻率變化，所引起的失諧效應(yīng)，可能導(dǎo)致濾波不充分。
頻率變化對(duì)寬帶(“阻尼”)濾波器支路的影響較小，但是寬帶(“阻尼”)濾波器支路的濾波作用相對(duì)較弱，而且損耗較大(并且浪費(fèi)投資)。如果要求濾波器的總基頻無功功率(reactive power)(或總電容)小，則這些效應(yīng)會(huì)變得更為嚴(yán)重。無源濾波器的成本相對(duì)較高。
有源濾波器是公知的，在有源濾波器中，經(jīng)由一個(gè)無源耦合電路將電子放大器連接到交流或直流線路上，通過測(cè)量交流線路或直流線路上的電壓或電流失真，以閉環(huán)方式控制該放大器，從而將交流或直流線路上的失真降低到一個(gè)小的數(shù)值上(理想值是零)。
圖1示出用于有源交流濾波器的一相上的一種已知配置的例子的原理圖。假設(shè)干擾源是12脈沖變換器1，它從交流系統(tǒng)2吸收電流IC(僅在基頻表示為EMF，在阻抗Z之后)。變換器1在直流供電軌端(supply rail)C、C上產(chǎn)生直流電壓。首先，假定電流IC起初含有所需的基頻電流和11、13、23、25...次的諧波。如果沒有濾波器，則由于存在有限阻抗Z，這些諧波電流在交流系統(tǒng)上產(chǎn)生有限諧波電壓，這樣可能對(duì)交流系統(tǒng)(未示出)上的其它客戶的供電產(chǎn)生干擾。
所示的典型有源濾波器3與交流系統(tǒng)供電軌端(rail)A-A并聯(lián)。有源濾波器3包括控制系統(tǒng)4、放大器5、耦合濾波器6以及傳感裝置，該傳感裝置是以測(cè)量電流互感器(Current Transformer)CT形式配置的，而且該電流互感器與交流供電軌端之一相連。該傳感裝置CT用于檢測(cè)由直流變換器1產(chǎn)生的諧波電流，然后，將向控制系統(tǒng)4提供一個(gè)輸入，而控制系統(tǒng)4又依次連接到放大器5。放大器的輸出驅(qū)動(dòng)耦合網(wǎng)絡(luò)6的兩個(gè)輸入端B、B。網(wǎng)絡(luò)6的輸出端分別連接到供電軌端A、A?？刂葡到y(tǒng)4和放大器5分別是有源濾波器慣例中的已知類型。簡(jiǎn)潔起見，僅示出一相，對(duì)于3相系統(tǒng)，通常需要3個(gè)這種電路。假設(shè)控制系統(tǒng)響應(yīng)交流系統(tǒng)中測(cè)量出的電流Is來控制放大器，以使Is中的諧波降低(理想情況)到0。在這種條件下，通過有源濾波器送到線路的諧波電流IF等于IC內(nèi)的諧波分量。
該例所示的從放大器5到交流線路的連接是通過無源耦合濾波器6實(shí)現(xiàn)的。其它形式的連接也是公知的，例如，單個(gè)電感器或單個(gè)電容器，甚或直接連接，但是這些均需要該放大器具有高輸出電壓額定值，因此放大器的成本高，并通常昂貴得買不起。圖2示出無源耦合濾波器6的一種已知配置，它包括兩個(gè)并聯(lián)的、被分別調(diào)諧到兩個(gè)最大交流諧波電流(12脈沖變換器的第11次和第13次諧波)的無源電感一電容濾波器支路IC1、IC2。如果這些調(diào)諧精確，包括精確的交流系統(tǒng)頻率，則從理論上，第11次和第13次諧波處所要求的放大器電壓為0，或者實(shí)際上，該放大器電壓非常小。這些頻率被稱為耦合阻抗的“零點(diǎn)”。圖3示出典型配置下阻抗與頻率(以諧波階次的形式表示)的曲線圖。對(duì)于正常失諧效應(yīng)(原理上是由交流系統(tǒng)頻率的變化引起的)，所需的放大器電壓(因此其額定功率)將明顯升高，但是放大器成本仍是可接受的。然而，對(duì)于比第11次或第13次低得多或高得多的諧波頻率，圖2所示的簡(jiǎn)單耦合濾波器的阻抗將相對(duì)快速地升高，濾去這些頻率，例如23次、25次或者更高階次的頻率需要過高的放大器電壓，因此放大器的成本過高。
對(duì)于兩個(gè)零點(diǎn)之間的頻率(在該例子中約為第12次諧波)，所示的耦合表現(xiàn)出一個(gè)“極點(diǎn)”，在該極點(diǎn)的頻率處，其理論阻抗無窮大，或?qū)嶋H上為非常大的阻抗值，使得在該頻率范圍內(nèi)，不能進(jìn)行濾波。
通過增加耦合濾波器中的并聯(lián)支路的數(shù)量，可以增加過濾的諧波的數(shù)量。盡管未示出，但是例如，如果圖2所示耦合濾波器中的并聯(lián)支路的數(shù)量增加到4個(gè)，則可以將它們調(diào)諧到11次諧波、13次諧波、23次諧波、25次諧波。因此，在11次、13次、23次諧波、25次諧波處所要求的放大器電壓就可以相當(dāng)?shù)?。然而，遠(yuǎn)離這些頻率的頻率又要求過高的放大器電壓。此外，在每對(duì)零點(diǎn)之間，這種配置也在阻抗特性中表現(xiàn)出多個(gè)極點(diǎn)，因此，例如，過濾諸如17或19的中間階次的諧波電流(因?yàn)楦鞣N變換器的不平衡，所以可能出現(xiàn)這種情況)也要求過高的放大器電壓，即使這些諧波電流很小。
迄今為止描述的耦合電路實(shí)際上是兩端口電路。使用梯形電路形式的四端耦合電路也是公知的，該梯形電路包括串聯(lián)元件和并聯(lián)元件，例如，梯形電路的大多數(shù)串聯(lián)元件是電感器，而大多數(shù)并聯(lián)元件是電容器，而且在該梯形電路中，至少一個(gè)串聯(lián)元件是一個(gè)與電容器并聯(lián)的電感器，或者至少一個(gè)并聯(lián)元件是一個(gè)與電容器串聯(lián)的電感器。例如WO 89/06879 A1(Dan)專利描述了這種配置的一些具體例子，但是所有這些例子，在這些例子的傳遞函數(shù)中，均至少具有一個(gè)極點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種適于對(duì)含有電波形的電線進(jìn)行濾波的有源濾波器，該有源濾波器包括放大器、控制系統(tǒng)、波形測(cè)量裝置以及耦合電路，該波形測(cè)量裝置適于獲得電波形中至少一個(gè)噪聲頻率的測(cè)量值，然后，將噪聲頻率的該測(cè)量值送到控制系統(tǒng)的輸入端，設(shè)置該控制系統(tǒng)，以響應(yīng)輸入信號(hào)來控制該放大器，耦合電路將該放大器連接到線路，從而至少控制一個(gè)噪聲頻率，其中在所設(shè)置的梯形電路配置中，耦合電路包括一個(gè)無源部件的四端口網(wǎng)絡(luò)，從而在其有用帶寬內(nèi)，其頻率響應(yīng)沒有極點(diǎn)。
優(yōu)選地，設(shè)置該梯形電路配置，使其確實(shí)能夠在至少一個(gè)噪聲頻率處或其附近適于出現(xiàn)一個(gè)零點(diǎn)。
該梯形電路配置包括至少3個(gè)串聯(lián)支路和至少3個(gè)并聯(lián)支路，其中所述梯形電路的每個(gè)串聯(lián)支路分別包括至少一個(gè)電容器、或者至少一個(gè)電感器，或者由至少一個(gè)電容器和至少一個(gè)電感器構(gòu)成的串聯(lián)組合，以及所述梯形電路的每個(gè)并聯(lián)支路分別包括至少一個(gè)電容器、或者至少一個(gè)電感器，或者由至少一個(gè)電容器和至少一個(gè)電感器構(gòu)成的并聯(lián)組合，以及在至少一個(gè)串聯(lián)支路中至少存在一個(gè)電感器，在至少一個(gè)并聯(lián)支路中至少存在一個(gè)電感器，在至少一個(gè)串聯(lián)支路中至少具有一個(gè)電容器，在至少一個(gè)并聯(lián)支路中至少具有一個(gè)電容器。
這種形式的四端口耦合濾波器具有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樵谄涔ぷ黝l率范圍內(nèi)，該濾波器的頻率響應(yīng)是有限的，因此在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)，所要求的放大器電壓和電流是有限的。這樣，利用較低額定功率的放大器，該濾波器可以更優(yōu)地對(duì)基本上在整個(gè)工作范圍的帶寬上與之相連的系統(tǒng)進(jìn)行濾波。
在此，不包括在串聯(lián)支路中的包含電感器和電容器的并聯(lián)組合，或者在并聯(lián)支路中包含電感器和電容器的串聯(lián)組合的耦合配置，因?yàn)檫@二者可能導(dǎo)致在耦合濾波器頻率響應(yīng)中存在一個(gè)或者多個(gè)極點(diǎn)。
線路可以是供電系統(tǒng)的一部分。電源系統(tǒng)可以是交流電源系統(tǒng)或直流電源系統(tǒng)，而且可以是多相電源系統(tǒng)。典型地，要濾波的電源系統(tǒng)是三相交流電源系統(tǒng)。
對(duì)要過濾的電源系統(tǒng)的每一相，分別設(shè)置控制系統(tǒng)、波形測(cè)量裝置以及耦合電路。
波形測(cè)量裝置可以是電流互感器，以便以方便的方式檢測(cè)信號(hào)線上的信號(hào)。可選地，該波形測(cè)量裝置可以是與該線路并聯(lián)配置的電壓互感器，這種電壓互感器的優(yōu)點(diǎn)在于，可以使濾波器降低交流系統(tǒng)EMF產(chǎn)生的諧波對(duì)母線電壓的影響，而且可以降低本機(jī)負(fù)載電流的影響。
耦合電路可以進(jìn)一步包括互感器，該互感器具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗狗糯笃髋c線路實(shí)現(xiàn)電流隔離，這樣可以防止放大器發(fā)生電涌。設(shè)置在耦合電路中的任何互感器均可以具有鐵芯，或者具有空氣芯。
將該四端口網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)輸入端連接到該放大器。將該四端口網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)輸入端連接在該線路和其回路導(dǎo)線之間。該回路導(dǎo)線可以接地，也可以不接地。
技術(shù)人員應(yīng)該了解，如同任何濾波器一樣，根據(jù)本發(fā)明的濾波器具有一個(gè)有效帶寬，在該有效帶寬內(nèi)可實(shí)現(xiàn)有效濾波，而在有效帶寬之外該濾波器將會(huì)失效。根據(jù)本發(fā)明的濾波器的特征在于，至少在其有效帶寬內(nèi)，其傳輸函數(shù)的頻率響應(yīng)沒有任何極點(diǎn)。這一點(diǎn)是具有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)榧夹g(shù)人員明白，在理論上，要求放大器輸出無窮大(即，實(shí)際上是非常大)電壓，以在極點(diǎn)頻率處驅(qū)動(dòng)濾波器，從而達(dá)到濾波作用。因此，其明顯優(yōu)點(diǎn)是，確保在有效帶寬的頻率響應(yīng)中不出現(xiàn)極點(diǎn)。
在有效帶寬內(nèi)，該濾波器在其頻率響應(yīng)中優(yōu)先具有3個(gè)或者更多個(gè)零點(diǎn)。當(dāng)然，該濾波器可以具有任何數(shù)量的零點(diǎn)，該濾波器可以具有3、4、5、6、7、8、9、10個(gè)或者更多個(gè)零點(diǎn)。為了使濾波器的成本最低，利用所需的總濾波器帶寬和該帶寬內(nèi)的電源線諧波的預(yù)期振幅分布，可以在某種程度上控制有效帶寬內(nèi)的最佳零點(diǎn)數(shù)量。
提供該濾波器，使之與在預(yù)定頻率處接通和斷開的開關(guān)器件相連。該預(yù)定頻率可以是交流供電頻率的倍數(shù)。開關(guān)器件可以是交流-直流變換器。技術(shù)人員應(yīng)明白，開關(guān)器件將會(huì)在其開關(guān)頻率的諧波上產(chǎn)生噪聲。根據(jù)本發(fā)明的濾波器被設(shè)計(jì)成可以從線路上消除這種諧波。如果該線路是用于驅(qū)動(dòng)12脈沖直流變換器的交流電源系統(tǒng)，則該濾波器適于消除11、13、23、25...階次的主交流諧波。如果該線路是12脈沖直流變換器驅(qū)動(dòng)的直流電源系統(tǒng)(該波形包括其上具有噪聲的直流偏置)，則該濾波器適于消除12、24、36...階次的主直流諧波。技術(shù)人員應(yīng)明白，在這兩種情況下，可能存在由直流變換器和交流系統(tǒng)中的各種不平衡現(xiàn)象產(chǎn)生的其它中間諧波，而且也要求濾除該中間諧波。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的濾波器用于變換器的交流端時(shí)，其典型地適于過濾位于第5次諧波至第49次諧波范圍內(nèi)的諧波，或者當(dāng)其用在直流端時(shí)，其過濾從約第6次至第48次諧波范圍內(nèi)的諧波。濾波器可以起作用的這些諧波范圍即在此所稱的有效帶寬。
該濾波器適于在接近對(duì)應(yīng)于干擾裝置產(chǎn)生的最大諧波電流的頻率處出現(xiàn)零點(diǎn)。這種配置是具有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)檫@意味著，在每個(gè)這種諧波的頻率處所要求的放大器電壓很小，從而可以給出更為有效的放大器設(shè)計(jì)。它的優(yōu)點(diǎn)還在于，由于傳輸函數(shù)的零點(diǎn)與耦合輸出阻抗的零點(diǎn)相同，那么如果放大器發(fā)生故障，則該耦合電路可以繼續(xù)起到適中過濾作用，從而有效提供以傳輸函數(shù)的零點(diǎn)為中心的無源濾波器。
該線路可以是電源線，而且其電壓可以處于約幾十伏、幾百伏、幾千伏、幾萬伏或幾十萬伏的數(shù)量級(jí)。然而，可以設(shè)想，該濾波器尤其適于過濾其電位在幾十萬伏數(shù)量級(jí)的線路。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于過濾其上具有波形失真的線路的方法，該方法包括提供有源濾波器，該有源濾波器包括一個(gè)經(jīng)由設(shè)置成四端口網(wǎng)絡(luò)的無源電路與該線路耦合的放大器，該方法包括檢測(cè)線路上的信號(hào)，并控制該放大器，以易于消除該線路上存在的不希望的信號(hào)分量。
該方法與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，易于更為有效地消除該線路上存在的不希望的信號(hào)分量。
該線路可以承載交流電源電壓和直流電源電壓。此外，不希望的分量可以是線路上的噪聲。特別是，該噪聲可以是電源線上的諧波。
該方法可以包括提供該耦合濾波器，該耦合濾波器在其有效帶寬內(nèi)的頻率響應(yīng)的傳輸函數(shù)不含有任何極點(diǎn)。這種方法具有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗档土藶榱讼幌Ｍ姆至慷仨氂煞糯笃鳟a(chǎn)生的電壓。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提供了一種適合根據(jù)本發(fā)明的第一方面的濾波器的電源系統(tǒng)。
電源可以是交流電源或直流電源，而且其電壓可以處于約幾十伏、幾百伏、幾千伏、幾萬伏或幾十萬伏的數(shù)量級(jí)。


下面將參考附圖以舉例的方式，詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中包括圖1示出與電源系統(tǒng)相連的有源交流濾波器的一種現(xiàn)有配置；圖2示出兩端口耦合的一種典型的現(xiàn)有技術(shù)形式；圖3示出圖2中的阻抗/頻率特性；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的四端口耦合配置的一個(gè)例子；圖5示出圖4所示配置的電壓和電流傳輸函數(shù)Z12和I12。
具體實(shí)施例方式
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的四端口耦合網(wǎng)絡(luò)6’，該四端口耦合網(wǎng)絡(luò)6’在圖1所示的電路中，適用于連接放大器5與交流供電軌端A，A。在該例子中，直流供電軌端可以處于，例如，100kV至500kV數(shù)量級(jí)的電位。
在使用過程中，直流變換器1在大量諧波頻率處產(chǎn)生對(duì)交流供電軌端A、A的干擾。這些諧波可能破壞或者干擾由交流系統(tǒng)2供電的電氣設(shè)備。有源濾波器3具有一個(gè)閉環(huán)控制回路，該閉環(huán)控制回路包括傳感裝置CT、控制系統(tǒng)4、放大器5以及四端口網(wǎng)絡(luò)6。如以上圖1中所述，用于檢測(cè)線路上的波形的傳感裝置CT是與該線路串聯(lián)的電流互感器，以測(cè)量其上的電流，但是，可選地，還可以利用與該線路并聯(lián)的電壓互感器來測(cè)量該線路兩端的電壓。
傳感裝置CT產(chǎn)生表示一個(gè)在交流供電軌端A，A上的諧波電流的信號(hào)，然后，反饋到控制系統(tǒng)4。接著，控制系統(tǒng)4使放大器5產(chǎn)生輸出電流，該輸出電流通過四端口網(wǎng)絡(luò)6，使該輸出電流反饋到交流供電軌端A、A。放大器5的電流輸出是這樣的，使得在交流系統(tǒng)2中觀察時(shí)，變換器1產(chǎn)生的諧波趨向于被刪除。
需要注意的是，在圖4所示的耦合電路實(shí)施例中，四端口網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)梯形電路，該梯形電路具有幾個(gè)下面描述的各種類型的級(jí)聯(lián)部分。放大器連接到該梯形的一端，而其另一端連接到電源系統(tǒng)。下面說明連接到交流系統(tǒng)的有源濾波器的原理，與直流系統(tǒng)相連的有源濾波器的使用方法與下面所述的基本相同。
從放大器設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)，耦合電路的重要特性是在確定的頻率處或頻率范圍內(nèi)的電壓和電流的傳輸函數(shù)，其分別定義如下Z12＝在耦合輸出短路時(shí)每1A所要求的放大器電壓，I12＝在耦合輸出短路時(shí)每1A所要求的放大器電流。
在輸出端短路情況下定義這些傳輸函數(shù)的原因是，在正常操作過程中，閉環(huán)控制將在線路終端A、A上的交流系統(tǒng)的諧波電流，并因此將諧波電壓(理想地)調(diào)節(jié)到0，從耦合電路觀察，這與短路相同。
圖5示出對(duì)于圖4所示的配置，放大器電壓傳輸函數(shù)Z12和放大器電流傳輸函數(shù)I12。在有效帶寬X上，它們二者至少具有3個(gè)零點(diǎn)，Z12在第12次、第24次、第36次和第48次諧波具有4個(gè)零點(diǎn)，而在有效帶寬X內(nèi)，I12在第18次、第30次和第47次諧波具有3個(gè)零點(diǎn)，以及在剛好位于頻帶X的下限之下的第10次諧波處有一個(gè)零點(diǎn)。
僅作為一個(gè)例子，圖4所示的耦合電路6’含有各種配置的串聯(lián)支路10-13和并聯(lián)支路14-16。根據(jù)本發(fā)明的耦合電路可以具有許多可替換的配置，包括在其傳輸函數(shù)中具有3、4、5、6或更多個(gè)零點(diǎn)的電路。
串聯(lián)支路可以分別包括一個(gè)單獨(dú)的電感器，例如，支路12和13中的L3、L5；或一個(gè)單獨(dú)的電容器，例如，支路11中的C2；或者電感器和電容器的串聯(lián)組合，例如，支路10上的L1，C1。并聯(lián)支路可以包括一個(gè)單獨(dú)的電感器，例如，支路14上的L2；一個(gè)單獨(dú)的電容器，例如，支路15上的C3；或者電感器和電容器的并聯(lián)組合，例如，支路16上的L4，C4。
使用以下二者之一-含有并聯(lián)的電感器和電容器的串聯(lián)支路，或者；-含有串聯(lián)的電感器和電容器的并聯(lián)支路可以在電壓和電流傳輸函數(shù)中產(chǎn)生極點(diǎn)，因?yàn)檫@二者之一可以在其諧振頻率處阻擋信號(hào)從放大器沿梯形電路流動(dòng)，因此，具體地說，這些設(shè)置不包括在本發(fā)明中。本發(fā)明還優(yōu)選地限制于一種耦合電路，該耦合電路在其電壓和電流傳輸函數(shù)中至少具有3個(gè)零點(diǎn)。
總體來說，受到上述限制，從理論上說，梯形電路部件以及它們的數(shù)量的各種配置都是可能的。然而，通常希望包括放大器和耦合電路的各部件的總成本盡可能低，尤其是在高功率設(shè)備中。由于電路配置取決于被濾波的諧波在振幅和頻率上的分布，所以為了將成本降低到最低，對(duì)于不同的應(yīng)用，可以優(yōu)化該耦合電路中的部件的各種不同配置。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在梯形電路的并聯(lián)支路或串聯(lián)支路中分別包括全部是一種類型的各部件(例如電容器或電感器)的配置未給出最佳配置。因此，本發(fā)明進(jìn)一步限制于一種梯形耦合電路，該梯形耦合電路在一個(gè)串聯(lián)支路中至少具有一個(gè)電容器，而在一個(gè)串聯(lián)支路中至少具有一個(gè)電感器，同樣，在一個(gè)并聯(lián)支路中至少具有一個(gè)電感器，而在另一個(gè)并聯(lián)支路中具有一個(gè)電容器。
可以在耦合濾波器上的任何一點(diǎn)，例如在鄰接放大器的端B-B處添加一個(gè)互感器。這樣便于實(shí)現(xiàn)電流隔離，而且還可以提供“匹配比”，從而可以使對(duì)放大器輸出電壓和電流的技術(shù)要求的相對(duì)值更便于進(jìn)行放大器設(shè)計(jì)。這種互感器可以具有鐵芯或空氣芯，在這兩種情況下，為了進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)際上由其內(nèi)部電感形成部分梯形耦合電路。
本發(fā)明還可以應(yīng)用于連接在交流/直流變換器的直流端之間，例如在圖1中的CC端，的有源濾波器，以抑制高壓直流線路上的諧波干擾。其與用于交流線路的濾波器的唯一顯著差別是(對(duì)于12脈沖HVDC變換器的情況)要濾波的主要諧波是第12次、24次、36次...而且在與HVDC線路的連接中，該耦合濾波器必須包括一個(gè)串聯(lián)電容器(例如，在圖4所示的例子中用C1示出的)，以避免發(fā)生直流短路。
權(quán)利要求
1.一種適于對(duì)含有電波形的電線進(jìn)行濾波的有源濾波器，該有源濾波器包括放大器、控制系統(tǒng)、波形測(cè)量裝置以及耦合電路，該波形測(cè)量裝置適于獲得電波形中至少一個(gè)噪聲頻率的測(cè)量值，并將該噪聲頻率的該測(cè)量值送到該控制系統(tǒng)的一個(gè)輸入，該控制系統(tǒng)被設(shè)置成響應(yīng)該輸入信號(hào)來控制該放大器，耦合電路將該放大器連接到該線路，從而至少控制一個(gè)噪聲頻率，其中該耦合電路包括以梯形電路配置方式設(shè)置的無源部件的四端口網(wǎng)絡(luò)，從而在該耦合電路的有效帶寬中，其頻率響應(yīng)沒有極點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源濾波器，其中，將所述梯形電路配置成在至少一個(gè)噪聲頻率處或者靠近該噪聲頻率處至少出現(xiàn)一個(gè)零點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有源濾波器，所述梯形電路配置包括至少3個(gè)串聯(lián)支路和至少3個(gè)并聯(lián)支路，其中所述梯形電路的每個(gè)串聯(lián)支路分別包括至少一個(gè)電容器、或者至少一個(gè)電感器，或者至少一個(gè)電容器和至少一個(gè)電感器的串聯(lián)組合，以及所述梯形電路的每個(gè)并聯(lián)支路分別包括至少一個(gè)電容器、或者至少一個(gè)電感器，或者至少一個(gè)電感器和至少一個(gè)電容器的并聯(lián)組合，以及在至少一個(gè)串聯(lián)支路中至少具有一個(gè)電感器，在至少一個(gè)并聯(lián)支路中至少具有一個(gè)電感器，在至少一個(gè)串聯(lián)支路中至少具有一個(gè)電容器，在至少一個(gè)并聯(lián)支路中至少具有一個(gè)電容器。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一所述的有源濾波器，其中所述波形測(cè)量裝置是與所述線路串聯(lián)、用于測(cè)量所述線路上電流的電流互感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的有源濾波器，其中所述波形測(cè)量裝置是與所述線路并聯(lián)、用于測(cè)量所述線路兩端之間電壓的電壓互感器。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的有源濾波器，其中所述耦合電路含有一空氣芯互感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的有源濾波器，其中所述耦合電路含有一鐵芯互感器。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的有源濾波器，其中所述濾波器在其有效頻帶內(nèi)，在其頻率響應(yīng)中至少具有3個(gè)零點(diǎn)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的有源濾波器，其中所述有源濾波器所連接到的所述線路是電源系統(tǒng)的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的有源濾波器，其中所述有源濾波器所連接到的所述線路至少承載一交流電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的有源濾波器，其中所述有源濾波器所連接到的所述線路至少承載一直流電壓。
12.一種包括根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的有源濾波器的電源系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電源系統(tǒng)，其中所述電源系統(tǒng)是多相系統(tǒng)，對(duì)每相分別配備一個(gè)有源濾波器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的電源系統(tǒng)，包括一個(gè)交流—直流變換器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電源系統(tǒng)，其中(各)有源濾波器的有效帶寬對(duì)應(yīng)于所述變換器的交流端上的第5次諧波至第49次諧波范圍內(nèi)的噪聲頻率。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的電源系統(tǒng)，其中(各)有源濾波器的有效帶寬對(duì)應(yīng)于所述變換器的直流端的第6次諧波至第48次諧波范圍內(nèi)的噪聲頻率。
17.一種如圖1、4和5所示的并在此參考圖1、4和5基本進(jìn)行說明的有源濾波器。
18.一種如圖1、4和5所示的并在此基本進(jìn)行說明的用于濾波線路上的信號(hào)的方法。
19.一種如圖1、4和5所示的并在此基本進(jìn)行說明的電源系統(tǒng)。
全文摘要
一種適于對(duì)含有電波形的線路進(jìn)行濾波的有源濾波器，該有源濾波器包括放大器(5)、控制系統(tǒng)(4)、波形測(cè)量裝置(CT)以及耦合電路(6)，在使用過程中，該波形測(cè)量裝置(CT)將輸入信號(hào)送到控制系統(tǒng)(4)，響應(yīng)輸入信號(hào)，控制系統(tǒng)控制放大器(5)，耦合電路(6)使放大器連接到要被濾波的系統(tǒng)，其中耦合電路(6)包括設(shè)置在限制形式的四端口網(wǎng)絡(luò)中的無源電路，該無源電路在其有效帶寬內(nèi)其頻率響應(yīng)中沒有極點(diǎn)。通常，四端口網(wǎng)絡(luò)(6)設(shè)置成梯形電路，而且該濾波器的主要用途是對(duì)電源系統(tǒng)的交流供電和直流供電進(jìn)行濾波。
文檔編號(hào)H02M1/12GK1663102SQ03814067
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月18日
發(fā)明者約翰·德斯蒙德·安斯沃思 申請(qǐng)人:阿爾斯通公司