CN103368179A - 一种混合电力滤波器 - Google Patents

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李岚
康增尚
曹效霞
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Abstract

一种混合电力滤波器，其特征是由供电电源、有源电力滤波器、单级LC无源滤波器和非线性负载组成，其中供电电源与有源电力滤波器和单级LC无源滤波器并联后与非线性负载串联。其中LC无源滤波器主要起到谐波和无功补偿的作用；而有源电力滤波器所补偿的对象是无源滤波器滤除之后的系统电流，这时系统电流中的谐波含量大大减少，因此，对有源电力滤波器的容量要求不高，并且有源滤波器还能对LC无源滤波器的滤波特性起到改善作用，克服其易受电网阻抗影响和易与电网阻抗发生谐振的缺点。本发明不易受电网阻抗干扰，结构简单，且对有源滤波器容量要求很小的混合型有源滤波器。

Description

一种混合电力滤波器
技术领域
本发明属于电力系统供电领域，主要用于谐波治理与无功补偿，具体涉及一种混合电力滤波器。 
背景技术
电能作为当今社会应用最为广泛的二次能源之一，其用量之大令人咋舌。随着电能被广泛应用于各个领域，一些电能质量问题也相继出现，其中电网谐波污染问题尤为突出。大量非线性负载及电力电子装置的应用，使电力系统的电压及电流波形严重畸变，严重威胁到电网的正常运行，甚至造成不可估量的经济损失。因此，对于电能污染的治理已经迫在眉睫。 
当前对于谐波治理的方法，主要有无源电力滤波器、有源电力滤波器和混合型有源电力滤波器，其中无源滤波器在当前应用最广，这是因为其效率高、成本低、结构简单、维护方便，但是其缺点也很明显，容易和系统发生谐振，从而放大谐波，甚至过载烧毁LC无源滤波装置，并且其滤波效果受到电网参数的很大影响；有源电力滤波器是当今谐波治理研究的热点，其补偿性能优于无源滤波器，但是在我国对于其容量有很大限制。 
专利申请号是201110027339.7的中国专利公开了一种混合电力滤波器，依次串联有源滤波器、输出滤波器、耦合变压器和无源滤波器，耦合变压器一侧接无源滤波器，另一侧接有源滤波器。其无源滤波器结构是比较常用的LC无源滤波器组，其主要滤除特定次谐波，比如5、7、11次谐波。 
上述公开技术的结构较复杂，成本较高，并且所滤除的谐波次数只是特定的几次如5、7、11次，对其它次谐波没有作用。 
发明内容：
为了同时弥补无源滤波器和有源滤波器的缺陷，本发明旨在提供一种结构简单、成本低、滤波效果良好的混合型电力滤波器。
本发明由供电电源、有源电力滤波器、单级LC无源滤波器和非线性负载组成，其中供电电源与有源电力滤波器和单级LC无源滤波器并联后再与非线性负载连接。 
所述有源电力滤波器由信号检测与调理电路、DSP2812运算模块、IPM驱动电路和IPM功率模块组成；信号检测与调理电路的输出连接DSP2812运算模块的输入，DSP2812运算模块的输出连接IPM驱动电路的输入，IPM驱动电路的输出连接IPM功率模块的输入。 
所述单级LC无源滤波器由3组电感、电容和电阻构成，其中电容并联于主回路。 
所述非线性负载为三相不控整流桥的阻感负载。 
本发明的工作原理：图1所示，为三相交流电网电压，是供电系统的电源电压；为被谐波源污染的三相负载电流，其波形发生畸变偏离正弦，是需要谐波补偿的对象；为单级LC无源滤波器对三相负载电流滤波之后的电流，此时负载电流中的谐波含量由于无源滤波器的作用大大减少；为三相补偿电流，是有源滤波器的交流侧输出电流，其波形与谐波电流大小相等、方向相反；为三相电网电流，是负载电流和补偿电流之和，经过补偿后，三相电网电流的波形为正弦波。在此过程中有源电力滤波器起到的作用主要是滤除剩余的少量谐波，同时还能改善无源滤波器的滤波特性，这样也就消除了波形畸变的负载电流对供电系统的不利影响。 
其中三相补偿电流主要是由智能功率模块IPM产生的，负载电流与补偿电流先经过信号检测与调理电路，然后再通过TMS320F2812强大的计算与处理功能得出六路PWM信号，六路PWM信号分别通过IPM驱动模块控制IPM的六个IGBT导通关断从而得到与谐波分量大小相等方向相反的补偿电流，进而对系统电流进行补偿，在此过程中IPM是变流器，既有电网侧三相交流电给直流侧电容充电的整流作用，又有经直流侧逆变生成补偿电流的逆变作用。 
本发明LC无源滤波器主要起到谐波和无功补偿的作用；而有源电力滤波器所补偿的对象是无源滤波器滤除之后的系统电流，这时系统电流中的谐波含量大大减少，因此，对有源电力滤波器的容量要求不高，并且有源滤波器还能对LC无源滤波器的滤波特性起到改善作用，克服其易受电网阻抗影响和易与电网阻抗发生谐振的缺点。 
本发明结构简单，制造成本低，不易受电网阻抗干扰，而且可以降低对有源滤波器容量的要求，并且具有良好的滤波效果，初始负载电流谐波含量为23.5%，经过单级LC无源滤波器之后降为9.0%，再经过有源滤波器滤波之后降为5.9%（此数据为实验室实验数据）。 
附图说明
图1是本发明的结构图。 
具体实施方式
图1所示，本发明由供电电源、有源电力滤波器、单级LC无源滤波器和非线性负载组成，其中供电电源与有源电力滤波器和单级LC无源滤波器并联后再与非线性负载连接。 
所述有源电力滤波器由信号检测与调理电路、DSP2812运算模块、IPM驱动电路和IPM功率模块组成；信号检测与调理电路的输出连接DSP2812运算模块的输入，DSP2812运算模块的输出连接IPM驱动电路的输入，IPM驱动电路的输出连接IPM功率模块的输入。 
所述单级LC无源滤波器由3组电感、电容和电阻构成，其中3组电感串联在主回路中，一端与负载侧相接，另一侧与有源滤波器的信号检测与调理电路相接，电容和电阻并联后与主回路并联。 
本发明中IPM功率模块采用的是由三菱公司制造的，型号为PM25RSK120。 

Claims (8)

1.一种混合电力滤波器，其特征是由供电电源、有源电力滤波器、单级LC无源滤波器和非线性负载组成，其中供电电源与有源电力滤波器和单级LC无源滤波器并联后与非线性负载串联。
2.根据权利要求1所述的一种混合电力滤波器，其特征是所述有源电力滤波器由信号检测与调理电路、DSP2812运算模块、IPM驱动电路和IPM功率模块组成；信号检测与调理电路的输出连接DSP2812运算模块的输入，DSP2812运算模块的输出连接IPM驱动电路的输入，IPM驱动电路的输出连接IPM功率模块的输入。
3.根据权利要求1所述的一种混合电力滤波器，其特征是所述单级LC无源滤波器由3组电感、电容和电阻构成，其中3组电感串联在主回路中，一端与负载侧相接，另一侧与有源滤波器的信号检测与调理电路相接，电容和电阻并联后与主回路并联。
4.根据权利要求1所述的一种混合电力滤波器，其特征是所述非线性负荷的谐波源包括谐波电压源、谐波电流源和混合谐波源。
5.根据权利要求1所述的一种混合电力滤波器，其特征是所述单级LC无源滤波器对三相负载电流滤波之后的电流，负载电流中的谐波含量因无源滤波器的作用而减少；有源滤波器的交流侧输出的三相电流，其波形与谐波电流大小相等、方向相反；三相电网电流是负载电流和补偿电流之和，经过补偿后，三相电网电流的波形为正弦波。
6.根据权利要求1所述的一种混合电力滤波器，其特征是所述有源电力滤波器滤除剩余的少量谐波，同时改善无源滤波器的滤波特性，消除波形畸变的负载电流对供电系统的不利影响。
7.根据权利要求5所述的一种混合电力滤波器，其特征是三相补偿电流由智能功率模块IPM产生的，负载电流与补偿电流先经过信号检测与调理电路,然后再通过TMS320F2812计算与处理得出六路PWM信号，六路PWM信号分别通过IPM驱动模块控制IPM功率模块的六个绝缘栅双极型晶体管导通关断，得到与谐波分量大小相等方向相反的补偿电流，进而对系统电流进行补偿。
8.根据权利要求7所述的一种混合电力滤波器，其特征是IPM功率模块在对系统电流进行补偿过程中有电网侧三相交流电给直流侧电容充电的整流作用和经直流侧逆变生成补偿电流的逆变作用。
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