CN100340043C - 串联有源电力滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型串联有源电力滤波器装置。该装置是在串联有源电力滤波器的变压器的副边与逆变器的交流侧之间串接由电感和电容组成的工频串联谐振电路。它不仅能有效地降低串联有源电力滤波器的容量，同时兼有优异的滤波性能。本发明可广泛适应用于采用无源滤波器治理电网谐波的企业，如冶金、轧钢、水泥、煤矿等，需要进行串联补偿的电力网和电气化铁路与电力机车和城市与农村用电网。

Description

串联有源电力滤波器

技术领域

本发明涉及一种电力设备，特别地，涉及一种串联有源电力滤波器。

背景技术

随着电网谐波污染的日益严重，传统无源滤波方案的弊病也逐渐显现，很多电力用户原来所装配的无源滤波器甚至无法正常投入使用，这就使人们不得不关注有源电力滤波器。自从“瞬时无功理论”提出以后，有源电力滤波器才逐渐走向实用化，迄今为止发展了多种拓扑，但与传统的并联无源滤波器相比，技术复杂，价格是同容量的无源滤波器的数倍以上，难以为国内用户所接受。因此，如何在不损失有源电力滤波器滤波性能的同时有效降低其有源部分的容量，从而大力提高装置的性价比是有源电力滤波器实际应用突破的关键点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种串联有源电力滤波器。通过在有源电力滤波器的逆变器的交流侧线路中串接一个由电感和电容组成的工频串联谐振装置，大大降低了有源电力滤波器的容量，提高装置控制的稳定性以及滤波性能，从而大力提高整个装置的性价比。

本发明采用的技术方案如下：

方案一：一种单相有源电力滤波器，它包括：一电压互感器3，并联在第一电网1上；一变压器4，其原边的一端与电压互感器3相连，另一端与电流互感器5相连，其副边的一端与工频串联谐振装置8相连，另一端与逆变器9相连；一电流互感器5，一端与变压器4的原边相连，另一端与第二电网2相连；一控制电路6，一端与电压互感器3和电流互感器5相连，另一端与驱动电路7相连；一驱动电路7，与逆变器9和控制电路6相连；一工频串联谐振装置8，由电感L1和电容C1串联组成，与变压器4的副边和逆变器9相连；一逆变器9，与驱动电路7，工频串联谐振装置8以及变压器4的副边的一端相连；所述电感L1为固定电感或可变电感，所述电容C1为固定电容或可变电容，且电感L1与电容C1的位置可以互换；所述电流互感器5可以串联在第一电网1与第二电网2之间电流回路的任何位置以及变压器4副边与逆变器9交流输出端之间电流回路的任何位置上。

方案二：一种三相串联有源电力滤波器，它包括：一电压互感器3，并联在第一电网1的a相与b相之间；一变压器组4，其中变压器T1的原边的一端与第一电网1的a相相连，变压器T2的原边的一端与第一电网1的b相相连，变压器T3的原边的一端与第一电网1的c相相连；变压器T1的原边的另一端与电流互感器组中的电流互感器C1相连，变压器T2的原边的另一端与电流互感器组中的电流互感器C2相连，变压器T3的原边的另一端与第二电网2的C相相连；变压器T1的副边的一端与由电感L1和电容C1组成的工频串联谐振装置相连，变压器T2的原边的一端与由电感L2和电容C2组成的工频串联谐振装置相连，变压器T3的原边的一端与与由电感L3和电容C3组成的工频串联谐振装置相连，变压器T1的副边的另一端、变压器T2的副边的另一端和第变压器T3的副边的另一端连接在一起；一电流互感器组5，其中电流互感器CT1的一端与变压器组4中变压器T1的的原边的相连，另一端与第二电网2的A相相连；电流互感器CT2与变压器组4中变压器T2的的原边的相连，另一端与第二电网2的B相相连；一控制电路6，一端与电压互感器3和电流互感器组5相连，另一端与驱动电路7相连；一驱动电路7，与逆变器9和控制电路6相连；一工频串联谐振装置组8，其中由电感L1和电容C1组成的工频串联谐振装置与变压器T1的副边的一端和逆变器9相连，由电感L2和电容C2组成的工频串联谐振装置与变压器T2的副边的一端和逆变器9相连，由电感L3和电容C3组成的工频串联谐振装置与变压器T3的副边的一端和逆变器9相连；一逆变器9，与驱动电路7和工频串联谐振装置组8相连；所述电感L1、L2、L3为固定电感或可变电感，所述电容C1、C2、C3为固定电容或可变电容；所述工频串联谐振装置组8中各个工频串联谐振装置各自的电感与电容的位置可以互换；所述电流互感器组5的两个电流互感器可以分别串联在第一电网1与第二电网2之间三相电路的任意两相的任何位置以及变压器组4副边与逆变器9交流输出端之间三相电路的任意两相的任何位置上。

本发明具有以下技术效果：

1.相对于传统串联有源滤波器，能大力地提高有源滤波器的滤波性能，同时能大大地降低有源滤波器的容量，从而能大力降低装置的成本。

2.相对于传统型串联有源滤波器，能大力地提高整个有源滤波器控制系统的稳定性。

3.本发明可广泛适应用于采用无源滤波器治理电网谐波的企业如冶金、轧钢、水泥、煤矿等，需要进行串联补偿的电力网和电气化铁路与电力机车和城市与农村用电网。

附图说明

图1是本发明的单相电路原理示意图；

图2是本发明的三相电路原理示意图。

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明具体实施例。

实施例1

如图1所示，第一电网1、第二电网2分别为单相电源或单相负载，电压互感器3并联在第一电网1两端上，测定第一电网1的电压信号。变压器4的原边的一端与电压互感器3相连，另一端与电流互感器5相连；其副边的一端与工频串联谐振装置8相连，另一端与逆变器9相连。电流互感器5与变压器4的原边的另一端相连，另一端与第二电网2的一端相接，测定电流信号。控制电路6由谐波运算环节和PWM控制环节组成，它分别与电压互感器3、电流互感器5以及与驱动电路7的一端相连。驱动电路7的一端与逆变器9的输入端相连，另一端与控制电路6相连。工频串联谐振装置8由电感L1和电容C1串联而成，分别与逆变器9交流输出的一端以及变压器4副边的一端相连。逆变器9交流输出的另一端与变压器4副边的另一端相连。控制电路6通过电压互感器3和电流互感器5检测到电网的电压与电流信号，进行运算提取出谐波信号并经过驱动电路7隔离放大后送至逆变器9，逆变器9的交流输出端产生相应的谐波电压，该谐波电压与谐波电流在工频串联谐振装置8上产生的谐波电压相叠加，经过变压器4感应后，在第一电网1与第二电网2之间产生一个与谐波电流成比例的谐波电压，从而增加了第一电网1与第二电网2之间的谐波阻抗。上述实施例中，电感L1为固定电感或可变电感，电容C1为固定电容或可变电容，其中电感L1与电容C1的位置可以互换；电流互感器5可以串联在第一电网1与第二电网2之间电流回路的任何位置以及变压器4副边与逆变器9交流输出端之间电流回路的任何位置上。

实施例2

如图2所示，第一电网1、第二电网2分别为三相电源或三相负载，电压互感器3并联在第一电网1的a相与b相上，测定第一电网1的a相与b相之间的电压信号。变压器组4中，变压器T1的原边的一端与第一电网1的a相相连，另一端与电流互感器组5中的电流互感器C1相连；变压器T2的原边的一端与第一电网1的b相相连，另一端与电流互感器组5中的电流互感器C2相连；变压器T3的原边的一端与第一电网1的c相相连，另一端与第二电网的C相相连。电流互感器组5中的电流互感器C1的一端变压器T1的原边相连，另一端与第二电网A相相连；电流互感器C2的一端变压器T2的原边相连，另一端与第二电网B相相连；电流互感器C1和电流互感器C2测定电流信号。控制电路6由谐波运算环节和PWM控制环节组成，它分别与电压互感器3、电流互感器C1、电流互感器C2以及与驱动电路7的一端相连。驱动电路7的另一端与逆变器9的输入端相连。工频串联谐振装置组8中，电感L1和电容C1组成的工频串联谐振装置一端与变压器T1副边的一端相连，另一端与逆变器9交流输出的u端相连；电感L2和电容C2组成的工频串联谐振装置一端与变压器T2副边的一端相连，另一端与逆变器9交流输出的v端相连；电感L3和电容C3工频组成的串联谐振装置一端与变压器T3副边的一端相连，另一端与逆变器9交流输出的w端相连；变压器组4中各个变压器副边的另一端直接连在一起。控制电路6通过电压互感器3和电流互感器组5检测到电网的电压与电流信号，进行运算提取出谐波信号并经过驱动电路7隔离放大后送至逆变器9，逆变器9的交流输出端产生相应的三相谐波电压，该三相谐波电压与三相谐波电流在工频串联谐振装置组8上各自产生的三相谐波电压相叠加，经过变压器组4感应后，在第一电网1与第二电网2之间产生一个与三相谐波电流成比例的三相谐波电压，从而增加了第一电网1与第二电网2之间的三相谐波阻抗。

上述实施例中，电感L1、L2、L3为固定电感或可变电感，所述电容C1、C2、C3为固定电容或可变电容；工频串联谐振装置组8中的各个工频串联谐振电路各自的电感与电容的位置可以互换；电流互感器组5的两个电流互感器可以分别串联在第一电网1与第二电网2之间三相电路的任意两相的任何位置以及变压器组4副边与逆变器9交流输出端之间三相电路的任意两相的任何位置上。

该电路的工作原理是：在工频的频率处，逆变器输出的工频电压值基本为零，电感和电容组成的工频串联谐振电路发生串联谐振，其上的工频电压的压降为零，所以基本不影响电网输送电能。在谐波频率处，控制系统通过检测到的电网电压与电网电流进行运算，从而分离出其中谐波成分，并经过隔离放大后在逆变器的交流输出端产生响应的谐波电压，该电压与谐波电流在的工频串联谐振电路上产生的谐波电压相叠加，然后通过变压器感应在电网回路中产生与谐波电流成比例的谐波电压，从而增加了电网谐波阻抗。与传统有源滤波器相比，由于工频串联谐振电路的引入，极大增加了等效谐波阻抗的模值，同时大大提高了有源部分闭环控制的稳定性以及逆变器直流电压的利用率，在不损失滤波性能的前提下，能将逆变器容量降低一个数量级以上，极大得降低了有源滤波器的成本。

本发明可使用在单相，三相以及多相输电的电网中，其中电感可为固定电感或可变电感，电容可为固定电容或可变电容。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种单相串联有源电力滤波器，其特征在于，它包括：

一电压互感器(3)，并联在第一电网(1)上；

一变压器(4)，其原边的一端与电压互感器(3)相连，另一端与电流互感器(5)相连，其副边的一端与工频串联谐振装置(8)相连，另一端与逆变器(9)相连；

一电流互感器(5)，一端与变压器(4)的原边相连，另一端与第二电网(2)相连；

一控制电路(6)，一端与电压互感器(3)和电流互感器(5)相连，另一端与驱动电路(7)相连；

一驱动电路(7)，与逆变器(9)和控制电路(6)相连；

一工频串联谐振装置(8)，由电感L1和电容C1串联组成，与变压器(4)的副边和逆变器(9)相连；

一逆变器(9)，与驱动电路(7)，工频串联谐振装置(8)以及变压器(4)的副边的一端相连。

2.根据权利要求1所述的单相串联有源电力滤波器，其特征在于：所述电感L1为固定电感或可变电感，所述电容C1为固定电容或可变电容，且电感L1与电容C1的位置可以互换。

3.根据权利要求1所述的单相串联有源电力滤波器，其特征在于：所述电流互感器(5)可以串联在第一电网(1)与第二电网(2)之间电流回路的任何位置以及变压器(4)副边与逆变器(9)交流输出端之间电流回路的任何位置上。

4.一种三相串联有源电力滤波器，其特征在于，它包括：

一电压互感器(3)，并联在第一电网(1)的a相与b相之间；

一变压器组(4)，其中变压器T1的原边的一端与第一电网(1)的a相相连，变压器T2的原边的一端与第一电网(1)的b相相连，变压器T3的原边的一端与第一电网(1)的c相相连；变压器T1的原边的另一端与电流互感器组中的电流互感器C1相连，变压器T2的原边的另一端与电流互感器组中的电流互感器C2相连，变压器T3的原边的另一端与第二电网(2)的C相相连；变压器T1的副边的一端与由电感L1和电容C1组成的工频串联谐振装置相连，变压器T2的原边的一端与由电感L2和电容C2组成的工频串联谐振装置相连，变压器T3的原边的一端与与由电感L3和电容C3组成的工频串联谐振装置相连，变压器T1的副边的另一端、变压器T2的副边的另一端和第变压器T3的副边的另一端连接在一起；一电流互感器组(5)，其中电流互感器CT1的一端与变压器组(4)中变压器T1的的原边的相连，另一端与第二电网(2)的A相相连；电流互感器CT2与变压器组(4)中变压器T2的原边的相连，另一端与第二电网(2)的B相相连；

一控制电路(6)，一端与电压互感器(3)和电流互感器组(5)相连，另一端与驱动电路(7)相连；

一驱动电路(7)，与逆变器(9)和控制电路(6)相连；

一工频串联谐振装置组(8)，其中由电感L1和电容C1组成的工频串联谐振装置与变压器T1的副边的一端和逆变器(9)相连，由电感L2和电容C2组成的工频串联谐振装置与变压器T2的副边的一端和逆变器(9)相连，由电感L3和电容C3组成的工频串联谐振装置与变压器T3的副边的一端和逆变器(9)相连；

一逆变器(9)，与驱动电路(7)和工频串联谐振装置组(8)相连。

5.根据权利要求4所述的三相串联有源电力滤波器，其特征在于：所述电感L1、L2、L3为固定电感或可变电感，所述电容C1、C2、C3为固定电容或可变电容。

6.根据权利要求4所述的三相串联有源电力滤波器，其特征在于：所述工频串联谐振装置组(8)中各个工频串联谐振装置各自的电感与电容的位置可以互换。

7.根据权利要求4所述的三相串联有源电力滤波器，其特征在于：所述电流互感器组(5)的两个电流互感器可以分别串联在第一电网(1)与第二电网(2)之间三相电路的任意两相的任何位置以及变压器组(4)副边与逆变器(9)交流输出端之间三相电路的任意两相的任何位置上。

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