电子发烧友网报道(文/黄山明)储能变流器(PCS)通常主要用于实现电能的转换和控制,在储能系统中起着关键作用。它需要对电池和电网(或负载)之间的双向功率流动进行高效、稳定的控制。
不过由于功率器件(如IGBT等)的开关动作会产生谐波。例如,当变流器进行高频开关操作来实现电能转换时,会产生大量的高次谐波。这些谐波如果不加以滤除,会对电网侧和储能系统本身造成危害。
对于储能系统,谐波可能会干扰储能系统内部的控制系统,影响BMS对电池状态的准确判断。因此,需要有滤波器来有效的滤除这些谐波,确保输出的电能质量符合电网接入标准,同时也保证储能系统内部的稳定运行。
滤波器可以作为一种有效的电磁干扰抑制手段。它能够衰减或阻止这些干扰信号的传播,保障储能PCS内部各电路之间的正常通信,同时也避免对周围环境中的其他设备造成电磁干扰。比如在敏感的通信线路和电源线路上安装滤波器,可以显著降低电磁干扰的影响程度。
此外,PCS在运行过程中,有可能会出现功率因数较低的情况。功率因数是衡量电气设备对电能利用效率的一个重要指标。当功率因数较低时,意味着有更多的无功功率在系统中流动。这会导致系统的损耗增加,并且降低了系统的输电能力。滤波器可以通过对无功功率进行补偿,调整电流和电压之间的相位关系,从而提高功率因数。
举个例子,在一些采用PWM控制的储能PCS中,滤波器可以优化调制后的电流波形,使电流和电压更加接近同相位,进而提高功率因数,减少无功损耗,提高整个储能系统的效率。
PCS中的各种滤波器
通常储能PCS的滤波器类型分为三种,如电感型滤波器、电容型滤波器以及LC滤波器(电感-电容滤波器)。
电感型滤波器主要基于电磁感应原理,也就是电感元件在交流电路中有阻碍电流变化的特性。当含有谐波的电流通过电感时,电感会对不同频率的电流产生不同程度的阻碍作用。
在储能PCS的输出电流中,基波频率(例如电网频率是50Hz或60Hz)的感抗相对较小,能够顺利通过电感。而高次谐波频率较高,其感抗就会很大。例如,对于一个10次谐波(假设基波频率为50Hz,10次谐波频率就是500Hz),如果电感量为1mH,根据公式计算其感抗会比基波的感抗大很多。这样,高次谐波就会在电感上产生较大的电压降,从而被衰减,达到滤除谐波的目的。
在储能 PCS 连接电网的输出端,电感型滤波器可以用来滤除变流器开关动作产生的高次谐波,使得注入电网的电流更加接近正弦波,符合电网接入要求。
电容型滤波器则是依托电容在交流电路中有隔直流通交流的特性,频率越高,容抗越小。
在含有多种频率成分的电路中,高频成分会更容易通过电容。例如,在储能PCS中,对于变流器内部产生的高频开关噪声,这些高频信号会通过电容 “旁路” 到地。假设在一个储能PCS的控制电路板上,有一个小容量的电容(如0.1μF)连接在电源引脚和地之间,对于高频干扰信号(比如频率为1MHz以上),其容抗很小,这些干扰信号就会通过电容被滤除,而不会影响电路的正常工作。
电容型滤波器在储能PCS的电源电路和控制电路中应用广泛。在电源电路中,可以滤除电源纹波,提高电源的稳定性;在控制电路中,可以防止高频电磁干扰信号对控制芯片等敏感元件的影响。
LC滤波器结合了电感和电容的特性。它由电感和电容组成不同的拓扑结构,如常见的π型和T型结构。以π型LC滤波器为例,其两端是电容,中间是电感。
当含有谐波的电流通过型LC滤波器时,首先经过第一个电容,高频成分被电容旁路一部分。然后,中间的电感对剩余的高频成分进一步产生阻碍作用,使谐波进一步衰减。最后,经过第二个电容再次对高频成分进行旁路,这样通过多级滤波,能够更有效地滤除谐波。在储能PCS中,这种LC滤波器可以用于对储能系统输出的交流电进行精细滤波,确保输出的电能质量更高,更符合电网接入标准。
小结
显然,滤波器在PCS中不可或缺,它主要用于滤除储能PCS中功率器件开关动作产生的谐波,避免谐波对电网侧造成电压畸变、干扰其他电气设备,同时防止其影响储能系统内部的控制系统;可以补偿无功功率,调整电流和电压的相位关系,提高功率因数,减少无功损耗,提升系统效率;还能抑制储能PCS内部各电子元件和电路工作时产生的电磁干扰,保障内部通信正常,避免干扰周围其他设备。
-
滤波器
+关注
关注
161文章
7796浏览量
177997
发布评论请先 登录
相关推荐
评论