CN101995528A - 复合式电力滤波试验装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合式电力滤波试验装置，包括外接待试验的非线性电气设备的电源端和负载端；一串联滤波支路，所述串联滤波支路一端连接电源端，另一端连接负载端，所述串联滤波支路的两端之间设有一通断开关，可将所述串联滤波支路两端短接；一并联滤波支路，所述并联滤波支路的一端通过通断开关可分别连接电源端或负载端，所述并联滤波支路的另一端接地。通过通断开关的不同状态的组合，可以得到不同结构的无源滤波电路。这种复合式电力滤波器的试验装置和方法，满足无源电力滤波的工程试验的需求，可以实现一套电力滤波试验装置达到多用途电力滤波试验的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合式电力滤波试验装置及其方法。
背景技术
非线性电气设备，如电力整流器、逆变器、变频电源等电力电子设备的大量应用，造成电力系统谐波危害的日益严重。通常在电源端或负载端接入无源电力滤波器，实现电力系统稳态下的电力谐波抑制或补偿，同时也通过无源电力滤波器实现无功功率的补偿。
无源电力滤波器在结构上主要由并联滤波支路组成，不同滤波支路滤除与之相应的高次电流谐波。目前在无源电力滤波器的工程设计中，滤波支路主要有：由电容和电感串联组成的单调谐滤波支路；由电容组成的一阶高通滤波支路；由电容、电感和电阻串并联组成的二阶高通滤波支路这三种类型。通过这三种类型滤波支路的不同组合来实现电力系统特定谐波的抑制或补偿。
作为实验研究和工程试验用的无源电力滤波试验装置，至今均是单一支路或组合支路的电路拓扑不可更改的固定式装置。这种不可更改的电路结构造成了在电力滤波试验或试验过程中必须人工拆解并重新组合电路的困难。
发明内容
为了克服上述背景技术中的问题，本发明提出一种复合式电力滤波试验装置，通过控制通断开关的不同通断状态的组合，可以得到不同性质的无源电力滤波器的电路结构。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种复合式电力滤波试验装置，包括外接待试验的非线性电气设备的电源端和负载端，还包括
一串联滤波支路，所述串联滤波支路一端连接电源端，另一端连接负载 端，所述串联滤波支路的两端之间设有一通断开关，可将所述串联滤波支路两端短接；
一并联滤波支路，所述并联滤波支路的一端通过通断开关可分别连接电源端或负载端，所述并联滤波支路的另一端接地。
上述结构通过通断开关不同通断状态的组合可以得到直通(无滤波电路)，串联滤波电路，并联滤波电路，带电源端电抗器的并联滤波电路，带负载端电抗器的并联滤波电路五种不同性质的无源电力滤波器电路结构。
所述并联滤波支路包括一可调电容器，一可调电抗器和一可调电阻器，所述可调电容器的一端通过通断开关连接所述电源端或负载端，另一端连接所述可调电抗器，所述可调电抗器接地，所述可调电阻器通过一通断开关可与所述可调电抗器并联接入电路，所述可调电抗器两端之间连接一通断开关。
所述并联滤波支路通过通断开关的不同通断状态的组合，可以得到单调谐滤波并联支路，一阶高通并联滤波支路，二阶高并联通滤波支路三种不同性质的并联滤波支路结构。
所述通断开关可以是有触点机械式断路器，也可以是无触点电子式断路器，后者可以实现试验装置的滤波电路结构的自动切换。
上述复合式电力滤波试验装置，根据开关的组合，可以得到不同结构的无源滤波电路，由此构成的复合式电力滤波器的试验装置，满足无源电力滤波的工程试验的需求，实现一套电力滤波试验装置达到多用途电力滤波试验的目的。
附图说明
图1是本发明的复合式电力滤波试验装置的电路结构图。
图2是本发明的直通(无滤波电路)结构图。
图3是本发明的串联滤波电路结构图。
图4是本发明的并联滤波电路结构图。
图5是本发明的单调谐滤波支路结构图。
图6是本发明的一阶高通滤波支路结构图。
图7是本发明的二阶高通滤波支路结构图。
图8是本发明的带电源端电抗器的并联滤波电路结构图。
图9是本发明的带电源端电抗器的单调谐滤波支路结构图。
图10是本发明的带电源端电抗器的一阶高通滤波支路结构图。
图11是本发明的带电源端电抗器的二阶高通滤波支路结构图。
图12是本发明的带负载端电抗器的并联滤波电路结构图。
图13是本发明的带负载端电抗器的单调谐滤波支路结构图。
图14是本发明的带负载端电抗器的一阶高通滤波支路结构图。
图15是本发明的带负载端电抗器的二阶高通滤波支路结构图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐述本发明。
图1所示是本发明的复合式电力滤波试验装置的电路图，如图1所示，本发明的复合式电力滤波试验装置，包括外接待试验的非线性电气设备的电 源端15和负载端16，电源端15和负载端16分别连接电源端谐波检测模块12、负载端谐波检测模块13，还包括串联滤波支路6，串联滤波支路6由可调电抗器8(LS为电感值，RS为内阻值)组成，串联滤波支路6的两端之间设有一通断开关1；
并联滤波支路7，并联滤波支路7包括可调电容器9(CP为电容值，RC为内阻值)，可调电抗器10(LP为电感值，RL为内阻值)和可调电阻器11R为电阻值)，可调电容器9的一端连接谐波检测模块14，并通过通断开关2或通断开关3连接电源端15或负载端16，另一端连接所述可调电抗器10，可调电抗器10连接接地端17，可调电阻器11通过通断开关4可与可调电抗器10并联接入电路，可调电抗器10两端之间连接通断开关5。
12、13、14分别为电源端、负载端、并联支路端的谐波检测模块。
通过1、2、3通断开关的不同通断状态的组合，可以得到五种不同性质的无源电力滤波器电路结构，如表1所示。
表1
通过4、5通断开关的不同通断状态的组合，可以得到三种不同性质的并联滤波支路结构，如表2所示。
表2
根据表1和表2所示的开关1、2、3和4、5的组合，可以得到11种不同结构的无源滤波电路：
(1)直通(无滤波电路)
在开关1合(ON)、开关2断(OFF)、开关3断(OFF)状态下，切除了滤波电路，如图2所示。
(2)串联滤波电路
在开关1断(OFF)、开关2断(OFF)、开关3断(OFF)状态下，滤波电路为串联电抗器，如图3所示。
(3)并联滤波电路
在开关1合(ON)、开关2合(ON)、开关3断(OFF)状态下，或在开关1合(ON)、开关2断(OFF)、开关3合(ON)状态下，滤波电路为并联支路，如图4所示。这种情况下，通过开关4和5的不同切换，得到以下三种滤波支路：
①在开关4断(OFF)、开关5断(OFF)状态下，并联滤波电路为单调谐滤波支路，如图5所示。
②在开关5合(ON)状态下，并联滤波电路为一阶高通滤波支路，如图6所示。
③在开关4合(ON)、开关5断(OFF)状态下，并联滤波电路为二阶高通滤波支路，如图7所示。
(4)带电源端电抗器的并联滤波电路
在开关1断(OFF)、开关2合(ON)、开关3断(OFF)状态下，滤波电路为带电源端电抗器的并联滤波电路，如图8所示。
带电源端电抗器的并联滤波电路，不仅具有上述(3)的功能，同时，通过电抗器吸收了电源端的部分谐波电压。这种情况下，通过开关4和5的不同切换，得到以下三种滤波支路：
①在开关4断(OFF)、开关5断(OFF)状态下，滤波电路为带电源端电抗器的单调谐滤波支路，如图9所示。
②在开关5合(ON)状态下，滤波电路为带电源端电抗器的一阶高通滤波支路，如图10所示。
③在开关4合(ON)、开关5断(OFF)状态下，滤波电路为带电源端电抗器的二阶高通波支路，如图11所示。
(5)带负载端电抗器的并联滤波电路
在开关1断(OFF)、开关2断(OFF)、开关3和(ON)状态下，滤波电路为带负载端电抗器的并联滤波电路，如图12所示。
带负载端电抗器的并联滤波电路，不仅具有上述(3)的功能，同时，通过电抗器吸收了负载端的部分谐波电压。这种情况下，通过开关4和5的不同切换，得到以下三种滤波支路：
①在开关4断(OFF)、开关5断(OFF)状态下，滤波电路为带负载端电抗器的单调谐滤波支路，如图13所示。
②在开关5合(ON)状态下，滤波电路为带负载端电抗器的一阶高通滤波支路，如图14所示。
③在开关4合(ON)、开关5断(OFF)状态下，滤波电路为带负载端电抗器的二阶高通滤波支路，如图15所示。
本复合式电力滤波器试验装置进行试验的主要对象是电源端外接的待试非线性电源设备，或负载端外接的待试非线性负载设备。试验时，可分别按如下方法进行：
(1)直通(无滤波电路)
在开关1合(ON)、开关2断(OFF)、开关3断(OFF)状态下，切除了滤波电路，如图2所示。此时，电源端和负载端为同一端口。通过12或13的谐波检测模块，可以测试并观察在未接入滤波器状态下，由非线性电源或由非线性负载产生的高次谐波(电压、电流谐波)波形及其谐波分布状态。
(2)串联滤波电路
在开关1断(OFF)、开关2断(OFF)、开关3断(OFF)状态下，滤波电路为串联电抗器，如图3所示。此时，在电源端和负载端之间接入了串联电抗器。通过图3中的12和13谐波检测模块，可以分别在电源端和负载端测试并观察在接入串联电抗器作用下，由非线性电源或由非线性负载产生的高次电压谐波分量以可调电感量LS的大小成比例地被串联电抗器所吸收。
(3)并联滤波电路
在开关1合(ON)、开关2合(ON)、开关3断(OFF)状态下，或在开关1合(ON)、开关2断(OFF)、开关3合(ON)状态下，滤波电路为并联支路，如图4所示。此时，在电源端和负载端之间接入了并联滤波电路。通过12、13、14的谐波检测模块，可以分别在电源端、负载端和并联支路端测试并观察在接入并联滤波电路作用下，由非线性电源或由非线性负载产生的高次电流谐波波形及其谐波分布状态。
①在开关4断(OFF)、开关5断(OFF)状态下，并联滤波电路为单调谐滤波支路，如图5所示。调节电容量CP和电感量LP，可以得到第n次谐波所对应的谐振频率nf，此时由电源端或负载端产生的高次谐波电流中，第n次特征谐波电流被此并联滤波支路吸收。与此同时，可以实现对主电路的无功功率补偿。
②在开关5合(ON)状态下，并联滤波电路为一阶高通滤波支路，如图6所示。调节电容量CP，获得在截止频率nf下，由电源端或负载端产生的高次谐波电流中，第n次特征谐波电流以及n次以上的谐波电流被此并联滤波支路吸收。
③在开关4合(ON)、开关5断(OFF)状态下，并联滤波电路为二阶高通滤波支路，如图7所示。调节电容量CP和电感量LP，同时调节电阻量R，获得在截止频率nf下，由电源端或负载端产生的高次谐波电流中，第n次特征谐波电流以及n次以上的谐波电流被此并联滤波支路吸收。
(4)带电源端电抗器的并联滤波电路
在开关1断(OFF)、开关2合(ON)、开关3断(OFF)状态下，滤波电路为带电源端电抗器的并联滤波电路。如图8所示。此时，在电源端和负 载端之间接入了带电源端电抗器并联滤波电路。通过谐波检测模块12、13、14，可以分别在电源端、负载端和并联支路端测试并观察在接入带电源端电抗器并联滤波电路作用下，由非线性电源或由非线性负载产生的高次谐波(电流、电压谐波)波形及其谐波分布状态。
通过上述(3)中①②③的相同调节方法，可在不同并联滤波支路情况下，如单调谐滤波支路、一阶高通滤波支路、二阶高通滤波支路(分别为图9、图10和图11所示)，进行滤波试验。
(5)带负载端电抗器的并联滤波电路
在开关1断(OFF)、开关2断(OFF)、开关3合(ON)状态下，滤波电路为带负载端电抗器的并联滤波电路，如图12所示。此时，在电源端和负载端之间接入了带负载端电抗器并联滤波电路。通过谐波检测模块12、13、14，可以分别在电源端、负载端和并联支路端测试并观察在接入带负载端电抗器并联滤波电路作用下，由非线性电源或由非线性负载产生的高次谐波(电流、电压谐波)波形及其谐波分布状态。
通过上述(3)中①②③的相同调节方法，可在不同并联滤波支路情况下，如单调谐滤波支路、一阶高通滤波支路、二阶高通波支路(分别为图9、图10和图11所示)，进行滤波试验。
上述复合式电力滤波试验装置，以不同无源滤波电路的切换组合，实现一套电力滤波试验装置达到多用途电力滤波试验的目的。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (5)
1.一种复合式电力滤波试验装置，包括外接待试验的非线性电气设备的电源端和负载端，其特征在于，还包括：
一串联滤波支路，所述串联滤波支路一端连接电源端，另一端连接负载端，所述串联滤波支路的两端之间设有一通断开关，可将所述串联滤波支路两端短接；
一并联滤波支路，所述并联滤波支路的一端通过通断开关可分别连接电源端或负载端，所述并联滤波支路的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的复合式电力滤波试验装置，其特征在于，所述并联滤波支路包括一可调电容器，一可调电抗器和一可调电阻器，所述可调电容器的一端通过通断开关连接所述电源端或负载端，另一端连接所述可调电抗器，所述可调电抗器接地，所述可调电阻器通过一通断开关可与所述可调电抗器并联接入电路，所述可调电抗器两端之间连接一通断开关。
3.根据权利要求1所述的复合式电力滤波试验装置，其特征在于，所述通断开关是有触点机械式断路器。
4.根据权利要求1所述的复合式电力滤波试验装置，其特征在于，所述通断开关是无触点电子式断路器。
5.一种复合式电力滤波试验方法，其特征在于，通过通断开关不同通断状态的组合可以得到直通(无滤波电路)，串联滤波电路，并联滤波电路，带电源端电抗器的并联滤波电路，带负载端电抗器的并联滤波电路五种不同性质的无源电力滤波器电路结构；所述并联滤波电路通过通断开关的不同通断状态的组合，得到单调谐滤波并联支路，一阶高通并联滤波支路，二阶高通并联滤波支路三种不同性质的并联滤波支路结构。
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