CN103928929A - 大容量并联混合型有源电力滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大容量并联混合型有源电力滤波器，包括真空断路器、控制器、有源滤波器、无源滤波器、特制耦合变压器；控制器、有源滤波器安装在有源滤波器柜内，真空断路器、无源滤波器和特制耦合变压器安装在补偿柜内；真空断路器的进线端与主进线电源连接，真空断路器的出线端与无源滤波器的电容器端相连接，无源滤波器的电抗器端与特制耦合变压器一端相连接，特制耦合变压器另一侧接线端与有源滤波器相连接。本装置采用复合控制方法实时跟踪测量负荷和电网的电压、功率因数、无功电流，谐波电流与预先设定给定值进行比较，可对负载中的谐波电流进行较好的补偿。解决了无源滤波器和电网阻抗之间的谐振问题以及功率因数不好的问题。

Description

大容量并联混合型有源电力滤波器

技术领域

本发明涉及一种并联混合型有源电力滤波器。

背景技术

如图1所示，我国现有的传统型并联混合型APF中通常需要一个高带宽的PWM变流器作为有源滤波器的主电路，由此决定了现有的混合型滤波器系统只适用于补偿中等功率以下的负载。对于大功率的非线性负载，制作与其相对应的高宽带、大容量有源滤波器是非常困难的。因此，现有的传统型并联混合型APF不能用于抑制大功率非线性负载所产生的谐波。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对单一检测网侧或负载侧谐波电流控制方法的缺点，提出了一种改进型的并联混合型有源电力滤波结构，并且采用复合式控制方法，能够很好解决APF容量受限问题。

为解决上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：一种大容量并联混合型有源电力滤波器，包括真空断路器、控制器、有源滤波器、无源滤波器、特制耦合变压器；所述控制器、所述有源滤波器安装在有源滤波器柜内，所述真空断路器、所述无源滤波器和所述特制耦合变压器安装在补偿柜内；所述真空断路器的进线端与主进线电源连接，所述真空断路器的出线端与所述无源滤波器的电容器端相连接，所述无源滤波器的电抗器端与所述特制耦合变压器一端相连接，所述特制耦合变压器另一侧接线端与所述有源滤波器相连接。

本发明的积极效果：本发明并联混合型有源滤波器装置中APF被控制为一个谐波电流源，La为阻抗值很小的附加电感。该改进型的并联混合型APF与传统型的并联混合型APF相比，主要区别在于APF被看作一个受控电流源。因此，基波无功电流被强迫流入附加电感La，APF中只流过谐波电流。由于无源滤波器的存在，APF不承受谐波电压，又由于La与无源滤波器相比基波阻抗很小，因此，APF承受的电压也很低，从而APF的容量也可做得很小。改进型的并联混合型APF可应用于较大容量的场合。

本发明选用动态综合无功补偿和谐波治理控制器采用复合控制方法实时跟踪测量负荷和电网的电压、功率因数、无功电流，谐波电流与预先设定给定值进行比较，在它的作用下，可对负载中的谐波电流进行较好的补偿。解决了无源滤波器和电网阻抗之间的谐振问题以及功率因数不好的问题。

附图说明

图1是传统并联混合型APF系统。

图2是改进的混合型APF系统。

图3是改进型混合有源电力滤波器原理图。

图4(a)是等效电路图。

图4(b)是对i_sh等效电路图。

图4(c)是对e_sh等效电路图。

图5是本发明的结构示意图。

其中，C3：无源滤波器三次电容器

L3：无源滤波器三次电抗器

C5：无源滤波器五次电容器

L5：无源滤波器五次电抗器

APF：有源滤波器

Us：电网电源

La：附加电感。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

考虑到在实际应用中，大功率非线性负载在要求滤除谐波的同时，也要求混合型滤波系统具有无功补偿能力。但是在传统型的并联混合型有源电力滤波系统中，大量的基波无功电流流入并联混合滤波系统的有源部分，使有源滤波器的容量也相应较大。为进一步减少有源滤波器的容量，使并联混合APF系统能够应用于大功率场合，采用了一种改进型的并联混合型APF结构，如图2所示。

图2中APF被控制为一个谐波电流源，La为阻抗值很小的附加电感。该改进型的并联混合型APF与传统型的并联混合型APF相比，主要区别在于APF被看作一个受控电流源。因此，基波无功电流被强迫流入附加电感La，APF中只流过谐波电流。由于无源滤波器的存在，APF不承受谐波电压，又由于La与无源滤波器相比基波阻抗很小，因此，APF承受的电压也很低，从而APF的容量也可做得很小。以上分析可知，改进型的并联混合型APF可应用于较大容量的场合。另外，当APF过电流或故障时，该系统可借助于快速熔断器，迅速脱离整个滤波系统，与此同时，无源滤波器和附加电感La组成的滤波系统还可正常工作，不至于对电网造成较大的冲击。这点在工程应用上非常重要，因此，这种改进型的并联混合型APF具有很强的实用性。

改进型混合APF原理如图3所示。下面对该结构的滤波电路抑制系统谐振及滤波效果进行分析。

新型电路在控制方面采用复合控制，同时检测电源电流和负载电流。假设APF为一个理想的受控电流源。等效电路图如图4(a)、图4(b)、图4(c)所示。

i_c＝K_Si_Sh+K_Li_Lh  (1)

若只考虑对i_Lh的补偿特性时，可得：

$i_{\mathrm{Sh}}=\frac{Z_F+(1-K_L)Z_{\mathrm{ah}}}{Z_S+Z_F+(1+K_L)Z_{\mathrm{ah}}}{i}_{\mathrm{Lh}}---\left(2\right)$

$\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{Th}}=e_{\mathrm{sh}}-Z_S{i}_{\mathrm{Sh}}=\\ -\frac{Z_F+(1-K_L)Z_{\mathrm{ah}}}{Z_S+Z_F+(1+K_L)Z_{\mathrm{ah}}}{Z}_{S}i\end{array}---\left(3\right)$

若只考虑对e_sh的补偿特性：

$i_{\mathrm{Sh}}=\frac{1}{Z_S+Z_F+(1+K_S)Z_{\mathrm{ah}}}{e}_{\mathrm{sh}}---\left(4\right)$

$U_{\mathrm{Th}}=\frac{(1+K_S)Z_{\mathrm{ah}}+Z_F}{Z_S+Z_F+(1+K_S)Z_{\mathrm{ah}}}{e}_{\mathrm{sh}}---\left(5\right)$

综合上述两种情况

$\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{Sh}}=\frac{1}{Z_S+Z_F+(1+K_S)Z_{\mathrm{ah}}}{e}_{\mathrm{sh}}+\\ \frac{Z_F+(1-K_L)Z_{\mathrm{ah}}}{Z_S+Z_F+(1+K_L)Z_{\mathrm{ah}}}{i}_{\mathrm{Lh}}\end{array}---\left(6\right)$

$\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{Th}}=-\frac{Z_F+(1-K_L)Z_{\mathrm{ah}}}{Z_S+Z_F+(1+K_L)Z_{\mathrm{ah}}}{Z}_S{i}_{\mathrm{Lh}}+\\ \frac{(1+K_S)Z_{\mathrm{ah}}+Z_F}{Z_S+Z_F+(1+K_S)Z_{\mathrm{ah}}}{e}_{\mathrm{sh}}\end{array}---\left(7\right)$

复合控制是同时检测负载谐波电流和电网谐波电流的一种控制方式。在这种控制方式中，指令电流信号主要来自负载电流，在它的作用下，可对负载中的谐波电流进行较好的补偿。而检测到的电网谐波电流的作用主要是抑制无源滤波器和电网阻抗之间的谐振。电源电流闭环不承担补偿谐波电流的主要任务，因此，放大倍数Ks不需要很大，这样可使系统有较好的稳定性。

如图5所示，本发明所述的一种大容量并联混合型有源电力滤波器，包括真空断路器、控制器、无源滤波器三次电容器C3、无源滤波器三次电抗器L3、无源滤波器五次电容器C5、无源滤波器五次电抗器L5、高通无源滤波器、耦合变压器、附加电感La、有源滤波器APF。

大容量的并联混合型有源滤波器装置的控制系统安装在有源滤波器柜内，装置的主开关(真空断路器)、无源滤波器和特制耦合变压器安装在补偿柜内；真空断路器的进线端与主进线电源连接，真空断路器的出线端与所述无源滤波器的电容器端相连接，无源滤波器的电抗器端与所述特制耦合变压器一端相连接，特制耦合变压器另一侧接线端与所述有源滤波器相连接。

控制器采用复合控制方法实时跟踪测量负荷和电网的电压、功率因数、无功电流，谐波电流与预先设定给定值进行比较，在它的作用下，可对负载中的谐波电流进行较好的补偿。解决了无源滤波器和电网阻抗之间的谐振问题以及功率因数不好的问题。

本发明所述的真空断路器为大容量的并联混合型有源滤波器装置的总开关，用于接通和断开主回路的电源；

本发明所述的耦合变压器是有源滤波器接入无源滤波器连接作用；

本发明所述的附加电感是无源滤波器的基波无功电流被流入系统的连接作用

本发明所述的电抗器L的感抗与电容器C的容抗相匹配组成无源滤波器，用来滤除系统特定频率的谐波作用；

本发明所述的电容器C，是为系统提供容性无功功率作用；

本发明大容量的并联混合型有源滤波器装置保护功能齐全，具有过流、短路、过压、欠压、电容器内部故障等保护功能。

采用本发明与现有并联混合型有源电力滤波器相比可获得以下效果：

(1)改进型的并联混合型有源电力滤波装置提采用了一种特制耦合变压器结构，并且采用复合式控制方法，能够较好地解决传统并联混合型有源电力滤波容量受限问题；

(2)改进型的并联混合型有源电力滤波装置是一种可以动态地抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，对谐波和无功的大小及频率变化都可以实时进行补偿，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点；

(3)改进型的并联混合型有源电力滤波装置不再承受电网交流电源的基波电压，基波谐振支路分流了基波无功电流，使有源滤波器不承受基波电压和基波无功电流.并联混合型有源电力滤波装置容量可以适用大功率负荷现场；

(4)有源滤波器和无缘滤波器混合使用，充分发挥有源和无源各自优点，使成套装置容量大、成本低、性能好；

(5)改进型的并联混合型有源电力滤波装置改善了无源滤波器的滤波特性，克服单独无源滤波器易受电网阻抗的影响等缺点；

(6)改进型的并联混合型有源电力滤波装置可用相对低的容量应用于较大的大容量无功补偿和滤波场合，提高了系统的性价比。

Claims (3)

1.一种大容量并联混合型有源电力滤波器，其特征在于，包括真空断路器、控制器、有源滤波器、无源滤波器、特制耦合变压器；所述控制器、所述有源滤波器安装在有源滤波器柜内，所述真空断路器、所述无源滤波器和所述特制耦合变压器安装在补偿柜内；所述真空断路器的进线端与主进线电源连接，所述真空断路器的出线端与所述无源滤波器的电容器端相连接，所述无源滤波器的电抗器端与所述特制耦合变压器一端相连接，所述特制耦合变压器另一侧接线端与所述有源滤波器相连接。

2.根据权利要求1所示的一种大容量并联混合型有源电力滤波器，其特征在于，还包括附加电感，所述无源滤波器的电抗器端通过所述附加电感与所述特制耦合变压器一端相连接。

3.根据权利要求1所示的一种大容量并联混合型有源电力滤波器，其特征在于，所述无源滤波器包括无源滤波器三次电容器、无源滤波器三次电抗器、无源滤波器五次电容器、无源滤波器五次电抗器；所述无源滤波器三次电容器与无源滤波器三次电抗器串联后，与无源滤波器五次电容器和无源滤波器五次电抗器并联。