CN100541967C - 一种串并联隔离无源电力滤波器 - Google Patents

Abstract

一种串并联隔离无源电力滤波器，属于配电系统电能质量控制设备领域，由第一电容器(C₁)、第二电容器(C₂)、第一电抗器(L₁)、第二电抗器(L₂)、第三电抗器(L₃)组成，第一电容器(C₁)与第一电抗器(L₁)形成第一谐振电路接于电源与负载之间，在负载侧并联第三谐振支路，此支路由第二电容器(C₂)与第二电抗器(L₂)并联构成第二谐振支路后再与第三电抗器(L₃)串联构成第三谐振支路。该滤波器电源侧谐波流入负载侧的通路被隔离；第二谐振支路对基波呈无穷大阻抗，从而不会向电源侧注入无功电流，提高了不消耗无功的负载功率因数；第三谐振支路对最低次谐波呈零阻抗，对其它次谐波呈极低阻抗，滤波效果显著。

Description

一种串并联隔离无源电力滤波器

技术领域

本发明提供了一种电抗器电容器串并联谐振电力滤波装置，属于电力系统谐波治理设备领域。

背景技术

电力系统中的电流谐波主要来源于如变频器、中频炉等含有整流环节的非线性负载。随着这些非线性负载的广泛应用，电力系统中的电流谐波越来越多，电能质量日益恶化，因而对这些非线性负载产生的电流谐波进行滤除显得极为迫切。目前电力系统中用来滤除电流谐波的主要方案有两种，一种是传统的无源滤波(如采用单调谐、双调谐等滤波电路滤波)，另外一种是采用有源滤波器进行滤波。传统的无源滤波方案采用的无源滤波器结构简单、技术成熟、投入成本低，但是滤波效果易受多种因素如系统频率波动、温度变化、器件老化等影响，这些因素会导致滤波器偏离谐振状态，滤波效果变差。有源滤波能对谐波进行实时滤除，但控制复杂、价格昂贵，而且受电力电子器件额定电压额定电流的约束，有源滤波容量不能做得很大，所以现在许多企业进行谐波治理时仍首选无源滤波器。

传统的无源滤波器在滤除谐波电流的同时，还会流过一定数量的基波电流，该基波电流会向电网提供一定的基波容性无功功率。然而，含有整流环节的非线性负载在满负荷时基本上不从整流环节前的交流系统中吸收无功，如采用传统的无源滤波器来对整流负载进行滤波则无源滤波器会向交流系统中注入无功，这样反而会降低整流负载的功率因数。尤其当整流负载在轻载或者空载时，无源滤波器向交流系统中注入的无功足以使得整流负载前侧交流系统的功率因数降低到接近零，这种无功过补偿会引起交流系统局部电压升高甚至超过限定值，给设备及运行带来不良影响，另外还会因无功流过交流线路而增加线路的有功损耗，这种无功过补偿是供电部门无法接受的，相应的电费惩罚将相当严格。文章《滤波补偿系统并联谐振及过补偿问题的探讨》(《轻金属》2006年第8期)对目前无源滤波器所带来的无功问题有相应阐述。另外，随着电力系统中谐波源的增加，电网中的高次谐波严重影响了电力用户作为单独个体的无源滤波效果。因此对谐波的隔离是治理谐波、降低滤波成本的一条有效途径。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种串并联隔离无源电力滤波器，该电力滤波器对谐波呈极低阻抗，滤波效果显著。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出的串并联隔离无源电力滤波器由图1中第一电容器C₁、第二电容器C₂、第一电抗器L₁、第二电抗器L₂、第三电抗器L₃组成，其特征在于：第一电容器C₁与第一电抗器L₁构成第一谐振支路接于电源与负载之间，在负载侧并联第三谐振支路，此支路由第二电容器C₂与第二电抗器L₂并联构成第二谐振支路后再与第三电抗器L₃串联构成最低次谐波的第三谐振支路。在此基础上可有以下几种连接方法，

在所述的第三谐振支路中串联第三电容器，构成多调谐电路。

在所述的第三谐振支路中的第三电抗器L₃旁并联一个电阻，构成高通滤波电路。

第一谐振支路与第三谐振支路分别接于变压器两侧。

第三谐振支路以星型接法或三角型连接后再与电网连接。

图1中各参数间满足如下关系：

L₁C₁＝1/ω₀ ²

L₂C₂＝1/ω₀ ²

L₂＝(n²-1)L₃

式中，基波角频率ω₀＝2πf₀(其中，f₀为系统基波频率)，n为最低次谐波的谐波次数。

工作原理：图1中，由于第一电容器C₁与第一电抗器L₁串联，且它们的参数值满足关系式L₁C₁＝1/ω₀ ²，所以，它们构成第一谐振支路即基波串联谐振电路，此串联谐振电路对基波呈现零阻抗，能够使基波电流的无损流入，而对于谐波则阻抗较大，这样便隔离了电网谐波。第二电容器C₂与第二电抗器L₂并联，它们的参数值满足关系式L₂C₂＝1/ω₀ ²，所以，它们构成第二谐振支路即基波并联谐振电路，此基波并联谐振电路对基波呈无穷大阻抗，能够阻止基波电流的流入，同时，此第二谐振支路对于最低次谐波来说，又等效于一个电容器，因而，当第三电抗器L₃的参数值满足关系式L₃＝(n²-1)L₂(式中：n为最低次谐波的谐波次数)，该支路对第n次谐波发生串联谐振，这样L₂、C₂、L₃就构成了第三谐振支路即串联谐波谐振电路，该电路对要滤除的最低次谐波电流呈零阻抗，对其它次谐波电流呈低阻抗，使负载产生的谐波电流全部流入第三谐振支路，实现了谐波的滤除。

作为本发明的优化，上述的普通电抗器均可采用可调的电抗器。

有益效果：本发明的优点在于：第一谐振支路在不影响基波电流通过的情况下，隔离电源侧谐波电流的注入，保证第三谐振支路所滤谐波是负载本身产生的谐波；第二谐振支路对基波呈无穷大阻抗，减小基波损耗，不会和系统其它部分发生基波谐振；第三谐振支路对最低次谐波呈零阻抗，对其它次谐波呈极低阻抗，滤波效果显著。

附图说明

图1是串并联隔离无源电力滤波器的结构示意图。

图2是串并联隔离无源电力滤波器第三谐振支路采用多调谐的实施方式。

图3是串并联隔离无源电力滤波器第三谐振支路采用高通滤波的实施方式。

图4是串并联隔离无源电力滤波器第一谐振支路与第三谐振支路分别接于变压器两侧的实施方式。

图5是串并联隔离无源电力滤波器以三角形接法连接的实施方式。

图6是串并联隔离无源电力滤波器以星型接法连接的实施方式。

具体实施方式

本发明的一种串并联隔离无源电力滤波器，由第一电容器C₁、第二电容器C₂、第一电抗器L₁、第二电抗器L₂、第三电抗器L₃组成，其特征在于：第一电容器C₁与第一电抗器L₁形成第一谐振支路1接于电网与用户之间，在负载侧并联第三谐振支路3，此支路由第二电容器C₂与第二电抗器L₂并联后构成第二谐振支路2再与第三电抗器L₃串联构成最低次谐波的串联谐振电路。

在所述的第三谐振支路3中串联第三电容器C₃，构成多调谐电路。在所述的第三谐振支路3中的第三电抗器L₃旁并联一个电阻R，构成高通滤波电路。第一谐振支路1与第三谐振支路3分别接于变压器T两侧。第三谐振支路以星型或三角型连接后再与电网连接。

第三谐振支路对要滤除的最低次谐波电流呈零阻抗。结果就是：最低次谐波电流几乎全部流入第三谐振支路，而基波则不流入该支路。第一电抗器L₁和第一电容器C₁满足乘积关系：L₁C₁＝1/ω₀ ²，第二电抗器L₂和第二电容器C₂满足乘积关系：L₂C₂＝1/ω₀ ²，其中ω₀为基波角频率，ω₀＝2πf₀，f₀＝50Hz。第二电抗器L₂和第三电抗器L₃满足倍数关系式：L₂＝(n²-1)L₃，其中n为最低次谐波的谐波次数。

该电路第一谐振支路为基波串联谐振支路，允许基波电流通过，阻止电源侧与负载侧之间的谐波流动，从而实现对负载所产生的谐波进行单独治理；第二谐振支路为基波并联谐振支路，阻断基波电流在第二谐振支路流过，从而消除滤波电路对基波无功功率的影响；第三谐振支路为最低次谐波串联谐振支路，对谐波呈现低阻抗，从而滤除负载自身产生的谐波。

Claims (3)

1、一种串并联隔离无源电力滤波器，包括第一电容器C₁、第二电容器C₂、第一电抗器L₁、第二电抗器L₂、第三电抗器L₃，其特征在于：第一电容器C₁与第一电抗器L₁形成基波第一谐振支路(1)，该支路为串联谐振电路，满足关系式L₁C₁＝1/ω₀ ²，ω₀为基波角频率，接于电网与用户之间，在负载侧并联第二谐振支路(2)，此支路由第二电容器C₂与第二电抗器L₂并联后构成第二谐振支路(2)，满足关系式L₂C₂＝1/ω₀ ²，ω₀为基波角频率；第二谐振支路(2)与第三电抗器L₃串联构成最低次谐波的第三谐振支路(3)，第二电抗器L₂和第三电抗器L₃满足倍数关系式：L₂＝(n²-1)L₃，其中n为最低次谐波的谐波次数。

2、根据权利要求1所述的一种串并联隔离无源电力滤波器，其特征在于：第一谐振支路(1)与第三谐振支路(3)分别接于变压器(T)两侧。

3、根据权利要求1所述的一种串并联隔离无源电力滤波器，其特征在于：第三谐振支路以星型或三角型连接后再与电网连接。

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