CN107437808A - 一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置 - Google Patents
一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107437808A CN107437808A CN201710598616.7A CN201710598616A CN107437808A CN 107437808 A CN107437808 A CN 107437808A CN 201710598616 A CN201710598616 A CN 201710598616A CN 107437808 A CN107437808 A CN 107437808A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transformer
- mrow
- primary side
- current
- msubsup
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 58
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 23
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 22
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 15
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/24—Magnetic cores
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/20—Active power filtering [APF]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明公开了一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置，包括：互感器、逆变器和调制信号生成模块。互感器的一次侧的绕组为穿过其铁芯内部的系统电源和谐波负载之间的输电线，绕制匝数为一匝，互感器铁芯为细长圆柱状或适用于母排的细长长方体状；调制信号生成模块用于生成逆变器的调制信号，调制信号由反向放大后的一次侧基波电流和正向放大后的一次侧指定次谐波电流叠加生成；逆变器用于将直流信号转变成与调制信号同频率的交流电流信号并注入互感器二次侧绕组，以使互感器一次侧基波等效阻抗为Z1+(1‑α)Zm，互感器一次侧指定次谐波等效阻抗为nZ1+(1+β)nZm。本发明可通过互感器实现滤波装置的即插即用，并且针对指定次谐波补偿，降低了整套装置的容量和成本。
Description
技术领域
本发明属于有源电力滤波技术领域，更具体地，涉及一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置。
背景技术
随着电力电子非线性负荷在工业和民用现场应用越来越广泛，电网中电流波形畸变更加严重，谐波和无功问题越来越显著。针对谐波和功率因数问题，工业界已提出多种应对方案，其中主要的滤波方案包括传统无源LC滤波器、传统并联有源电力滤波器、串联混合型有源电力滤波器、注入型混合有源电力滤波器及统一电能质量调节器。
无源滤波器体积、重量较大，且只能滤除特定频率的谐波；在所有电力滤波器中，串联混合型有源电力滤波器由于能极大提高谐波阻抗，起“谐波隔离器”作用，从而引发广泛关注。但是由于此类滤波器串联于系统中，只有断开线路才能接入电网或从电网断开，且采用谐波电流全补偿，所需变压器容量较大，因此其在保护策略及稳定性等方面存在一系列问题，具体如下：
1)串联有源电力滤波器的整体系统需要定制保护策略。逆变器组件串联于电源和负载之间，无法通过电源接触器、断路器或保险丝等装置得到直接的保护；
2)装置的滤波性能与变压器容量相冲突。传统基于基波磁通补偿的串联混合型有源电力滤波器仅对基波磁通进行补偿，从而只能控制基波等效阻抗为零，当所用变压器确定后，谐波等效阻抗固定，为变压器励磁阻抗；变压器额定容量的设计取决于考虑系统保护策略下的励磁阻抗大小，考虑变压器基波磁通完全没有得到补偿的极端情况，该串联变压器的设计容量为为降低该额定容量，必须减小变压器励磁阻抗；综上，较好的滤波性能要求较大容量的变压器。
3)装置的保护策略及可靠性与变压器容量相冲突。为了便于保护并提高装置的可靠性，变压器励磁阻抗也应该设计得较小，否则一旦装置处于非正常运行状态，逆变器输出电压将会非常高。
4)装置通过串联型变压器接入电网，系统正常运行状态下，不便于直接接入电网或从电网切除。
5)谐波电流全补偿时，系统稳定性降低。通常高次谐波及某些低次谐波(根据具体应用场合确定)幅值较低，针对上述谐波采用如无源滤波器等更为经济简便的方法进行滤波时，也能取得较为满意的效果；而采用谐波电流全补偿时，不仅占用有源电力滤波器容量、增加成本，还会严重降低系统稳定性。
综上，无源滤波器体积、重量大，只能滤除特定频率的谐波；现有串联混合型有源电力滤波器因充当一个“谐波隔离器”起到实时滤波的作用而引发广泛关注。但一方面其仅对基波磁通进行补偿，从而只能降低基波等效阻抗，当所用变压器确定后，其谐波等效阻抗为定值，为取得较好滤波效果，需采用较大容量变压器；另一方面，现有串联混合型有源电力滤波器均采用电流全补偿的方式，极大降低了系统稳定性，并且由于增加了变压器及系统各开关器件容量而增加了成本；最后，现有串联混合型有源电力滤波器通过变压器串入电网，系统正常工作时，在不断开线路的条件下，无法直接将装置接入电网(或从电网切除)。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有有源电力滤波器一方面均采用电流全补偿的方式，极大降低了系统稳定性，并且由于增加了变压器及系统各开关器件容量而增加了成本；另一方面，现有有源电力滤波器通过变压器串入电网，系统正常工作时，在不断开线路的条件下，无法直接接入电网或从电网切除的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种即插即用的有源电力滤波装置，该装置适用于包括系统电源和谐波负载的电路，包括：互感器、逆变器、调制信号生成模块。所述互感器的一次侧的绕组为穿过其铁芯内部的系统电源和谐波负载之间的输电线，所述一次侧绕组的绕制匝数为一匝，所述互感器铁芯的形状为细长圆柱状或适用于母排的细长长方体状，流过所述互感器一次侧绕组的电流包括基波电流和谐波电流；所述调制信号生成模块用于生成所述逆变器的调制信号，所述调制信号由反向放大后的一次侧基波电流和正向放大后的一次侧指定次谐波电流叠加生成；所述逆变器用于将直流信号转变成与所述调制信号同频率的交流电流信号并注入所述互感器二次侧绕组，以使所述互感器一次侧基波等效阻抗为Z1+(1-α)Zm，互感器一次侧指定次谐波等效阻抗为nZ1+(1+β)nZm，其中，Z1为互感器的一次侧漏抗，Zm为互感器的励磁阻抗，n为指定次谐波次数，α和β分别为基波控制系数和谐波控制系数，其分别通过调制信号中一次侧基波电流的放大倍数和一次侧指定次谐波电流的放大倍数来调节。
本发明通过基于互感器一次侧的基波和指定次谐波磁通混合控制，使得一次侧绕组的基波和指定次谐波等效阻抗分别单独可控。互感器一次侧基波等效阻抗为Z1+(1-α)Zm，互感器一次侧第n次谐波等效阻抗为nZ1+(1+β)nZm，本发明提供的有源电力滤波装置可通过控制α和β使得互感器一次侧基波等效阻抗为0(相对基波短路)和一次侧指定次谐波等效阻抗很大(相对指定次谐波开路)。采用指定次谐波补偿，有源滤波部分仅对幅值较大的指定次谐波电流进行补偿，一般的高次谐波和幅值较低的低次谐波则采用无源滤波器等更为经济的方式滤波，增加系统稳定性并降低滤波成本。
本发明采用增加电流互感器的长度获得一个特制的电流互感器，使电网侧等效阻抗满足要求，使得本发明提供的互感器可以替代需要剪断输电线接入的互感器，简化了设计，使得有源滤波装置更实用。
可选地，所述互感器的铁芯为开口形状，以电流钳样式接入系统电源和谐波负载之间。
可选地，所述互感器的铁芯为闭口形状，以插入方式接入系统电源和谐波负载之间。
本发明提供的有源滤波装置采用闭口式或开口式互感器的接入方式接入系统电源和谐波负载之间，可以即插即用，使用起来简单方便。
可选地，所述调制信号生成模块包括：基波电流检测单元、指定次谐波电流检测单元、基波电流放大器、谐波电流放大器以及叠加单元；
所述基波电流检测单元，用于从流过所述互感器一次侧绕组的电流中检测所述一次侧的基波电流；
所述指定次谐波电流检测单元，用于从流过所述互感器一次侧绕组的电流中检测所述一次侧的指定次谐波电流；
所述基波电流放大器，用于对所述一次侧的基波电流进行反向放大
所述谐波电流放大器，用于对所述一次侧的指定次谐波电流进行正向放大；
所述叠加单元，用于将反向放大后的一次侧的基波电流和正向放大后的一次侧的指定次谐波电流叠加，生成调制信号。
可选地，调制信号Iref为：
其中，为互感器一次侧电流I1中的基波分量，即为一次侧基波电流，为互感器一次侧电流I1中的第n次谐波分量，ki为确定流过所述互感器一次侧绕组的电流所用的电流互感器的增益，-k1为基波电流放大器的放大倍数，k2为指定次谐波电流放大器的放大倍数。
可选地，互感器二次侧的电流I2为：KPWM为所述逆变器的增益；所述互感器二次侧绕组电流等效到互感器一次侧的电流I2′为：
其中，kT为所述互感器的耦合变比，
可选地，通过以下方式确定所述互感器一次侧基波等效阻抗和互感器一次侧指定次谐波等效阻抗：互感器的电压方程相量为：U1＝Z1I1+Zm(I1+I2′)，U1为互感器一次侧绕组两端的电压；
互感器一次侧基波等效阻抗为：
互感器一次侧第n次谐波等效阻抗为：
其中，为互感器一次侧绕组两端的基波电压，为互感器一次侧绕组两端的第n次谐波电压，
U1 (1)＝Z1 (1)I1 (1)+Zm (1)(I1 (1)+I2′(1))，U1 (n)＝Z1 (n)I1 (n)+Zm (n)(I1 (n)+I2′(n))；
I2′(1)和I2′(n)分别为互感器二次侧绕组电流等效到互感器一次侧的电流中的基波分量和第n次谐波分量，
Z1 (1)为互感器的一次侧相对基波的漏抗，Z1 (1)＝Z1，Zm (1)为互感器相对基波的励磁阻抗，Zm (1)＝Zm，Z1 (n)为互感器的一次侧相对第n次谐波的漏抗，Z1 (n)＝nZ1，Zm (n)为互感器相对第n次谐波的励磁阻抗，Zm (n)＝nZm。
可选地，若则此时互感器一次侧绕组对基波等效短路。
可选地，通过设置β的取值，使得互感器一次侧第n次谐波等效阻抗为高阻，此时互感器一次侧绕组对第n次谐波等效开路。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1)用特制互感器取代常规变压器实现即插即用功能，在不断开输电线路的条件下，串联型有源电力滤波器可通过特制互感器采用闭口式或开口式的方式接入电网，或直接从电网断开。
2)指定次谐波补偿，有源滤波部分仅对幅值较大的指定次谐波电流进行补偿，一般的高次谐波和幅值较低的低次谐波(根据具体应用场合确定)则采用无源滤波器等更为经济的方式滤波，增加系统稳定性并降低滤波成本。
3)模块集成，本发明初定将逆变器及其直流母线电压的整流器设计在一起，并与特制互感器集成为一个标准化模块。若可变阻抗容量不足，则采用多模块串联方式。
4)无线通讯，当模块用于三相系统时，不同模块间的相位关系通过无线通讯进行传递；当多个模块用于单相系统时，不同模块间补偿量的大小关系通过无线通讯进行传递。
5)高低压通用且便于保护，可变阻抗一般用于低压系统，但由于该结构中特制互感器变比较小，因此既可用于低压系统也可用于高压系统。
6)基于基波和指定次谐波磁通混合控制，特制互感器一次侧绕组(输电线路)的基波和谐波等效阻抗分别单独可控。
7)特制互感器的额定容量更小，增加谐波磁通补偿，通过合理设计补偿系数，使得互感器一次侧绕组在具有相同谐波等效阻抗(有源滤波器在具有相似滤波性能)的条件下，所需励磁阻抗(特制互感器容量)更小，当采用相同容量互感器时，滤波效果更佳。
附图说明
图1为本发明实施例提供的有源电力滤波装置接入电网的单相原理示意图；
图2a和图2b分别为本发明实施例提供的闭口柱状铁芯特制互感器的一次侧、二次侧示意图；
图3a和图3b分别为本发明实施例提供的开口柱状铁芯特制互感器的一次侧、二次侧示意图；
图4a和图4b分别为本发明实施例提供的适用于母排的闭口特制互感器的一次侧、二次侧示意图；
图5a和图5b分别为本发明实施例提供的适用于母排的开口特制互感器的一次侧、二次侧示意图；
图6为本发明实施例提供的有源电力滤波装置接入三相系统的电路示意图；
其中，图2a—图5b中附图标记含义如下：1为输电线，2为圆柱铁芯，3为二次绕组，4为母排，5为长方体铁芯。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，本发明提供的互感器用于取代用于有源滤波的变压器，进而本发明提供的互感器可理解为本发明特制的互感器，其铁芯的长度、形状以及结构皆不同于常规用于检测电流的互感器。
图1为本发明实施例提供的有源电力滤波装置接入电网的单相原理示意图。如图1所示，电网可包括有源电力滤波装置和无源电力滤波装置200，其中，有源电力滤波装置包括：互感器101、逆变器102以及调制信号生成模块103。
为减小有源电力滤波装置的容量并提高其稳定性，指定有源电力滤波装置过滤某些幅值较高的谐波，无源电力滤波装置过滤低次谐波和幅值较低的高次谐波的方式，有源滤波和无源滤波协同工作完成滤波。具体地，无源电力滤波装置200可包括两个谐波滤波支路，例如3次谐波滤波支路：电感L3和电容C3串联支路，5次谐波滤波支路：电感L5和电容C5串联支路。可以理解的是，根据实际需要，无源滤波装置还可包括更多或更少的滤波支路，本发明实施例不对此做任何限定，仅用作举例说明本发明。
如图1所示，US代表理想系统电压源，Uh为谐波源，代表系统电源的各类畸变(比如电压跌落，谐波等)，LS表示系统电压源的阻抗。互感器一次侧的电流为I1。Cd和Ld构成LC滤波电流，用于滤除逆变器102开关频率处的谐波。互感器101的一次侧端口设为AX端口，二次侧端口设为ax端口。
逆变器102以三角波为载波，采用正弦脉冲宽度调制SPWM控制策略，控制电压源逆变器跟随调制信号生成一可控电流，该可控电流经过一个LC滤波器滤波后注入耦合互感器二次侧绕组，则互感器二次侧绕组电流中同时含有控制系数不同的基波电流和谐波电流。逆变器直流侧电压Ud有三种来源方式：1)直流侧接一个电容器，通过控制逆变器使得直流侧电压稳定；2)直流侧接一个蓄电池，通过控制逆变器得到稳定的直流侧电压；3)通过电力系统感应取电，经过整流得到稳定的直流侧电压。
互感器101一次侧绕组与谐波负载串联，接入系统电源US和谐波负载构成的回路，流过互感器一次侧绕组的电流包括一次侧基波电流和一次侧谐波电流k为谐波次数，k>0，且k≠1。
调制信号生成模块103用于生成逆变器102的调制信号Iref，Iref由反向放大后的一次侧基波电流和正向放大后的一次侧指定次谐波电流叠加生成，n为指定次谐波次数，n>0，且n≠1。
逆变器102用于将Ud提供的直流信号转变成与Iref同频率的交流电流信号I2并注入互感器二次侧绕组，以使所述互感器一次侧基波等效阻抗为Z1+(1-α)Zm，互感器一次侧第n次谐波等效阻抗为nZ1+(1+β)nZm，其中，Z1为互感器的一次侧漏抗，Zm为互感器的励磁阻抗，α和β分别为基波控制系数和谐波控制系数，其分别通过Iref中一次侧基波电流的放大倍数和一次侧指定次谐波电流的放大倍数来调节，流过互感器一次侧绕组的电流还包括互感器二次侧绕组电流等效到所述互感器一次侧的电流I2′。
调制信号生成模块103包括：基波电流检测单元、谐波电流检测单元、基波电流放大器、谐波电流放大器以及叠加单元。
基波电流检测单元，用于检测一次侧的基波电流谐波电流检测单元，用于检测一次侧的指定次谐波电流其中，基波电流和第n次谐波电流检测环节传递函数分别为Gfund(s)和Ghn(s)，
另外，确定流过互感器一次侧绕组的电流I1所用的电流互感器的增益为ki，Gdi(s)表示检测一次侧电流后的滤波环节。
基波电流检测单元和谐波电流检测单元包括电流互感器和基波及各指定次谐波电流检测环节，电流互感器串接在给负载供电的系统母线上，感应线路电流并将其送入电流检测环节，基波电流检测环节从系统母线电流中检测出所需的基波分量；指定次谐波电流检测环节从系统电流中检测出所需的指定次谐波电流分量。
基波电流放大器，用于对所述一次侧的基波电流进行反向放大；谐波电流放大器，用于对所述一次侧的指定次谐波电流进行正向放大。基波放大器和谐波放大器的放大倍数(增益)分别为-k1和k2。
叠加单元，用于将反向放大后的一次侧的基波电流和正向放大后的一次侧的指定次谐波电流叠加，生成调制信号Iref，
其中，为互感器一次侧电流I1中的基波分量，即为一次侧基波电流，为互感器一次侧电流I1中的第n次谐波分量，-k1为基波电流放大器的放大倍数，k2为指定次谐波电流放大器的放大倍数。
将逆变器102等效为一阶小惯性环节，电压源型逆变器的传递函数GPWM(s)为KPWM为逆变器增益，TPWM为逆变器延时，s为s域算子，为简化分析，忽略逆变器的延时，则逆变器等效为增益为KPWM的比例环节。
互感器101二次侧的电流I2为：KPWM为逆变器的增益；互感器二次侧绕组电流等效到互感器一次侧的电流I2′为：
其中，kT为所述互感器的耦合变比，
可选地，通过以下方式确定互感器一次侧基波等效阻抗和互感器一次侧指定次谐波等效阻抗：
互感器的电压方程相量为：U1＝Z1I1+Zm(I1+I2′)，U2′＝Z2′I2′+Zm(I1+I2′)；
其中，U1为互感器一次侧绕组两端的电压，U2′为互感器二次侧绕组两端电压等效到一次侧的电压，Z2′为互感器二次侧等效到一次侧的漏抗。
从AX端口看见去，互感器一次侧基波等效阻抗为：
互感器一次侧第n次谐波等效阻抗为：
为互感器一次侧绕组两端的基波电压，为互感器一次侧绕组两端的第n次谐波电压：
U1 (1)＝Z1 (1)I1 (1)+Zm (1)(I1 (1)+I2′(1))，U1 (n)＝Z1 (n)I1 (n)+Zm (n)(I1 (n)+I2′(n))；
I2′(1)和I2′(n)分别为互感器二次侧绕组电流等效到互感器一次侧的电流中的基波分量和第n次谐波分量，
Z1 (1)为互感器的一次侧相对基波的漏抗，Z1 (1)＝Z1，Zm (1)为互感器相对基波的励磁阻抗，Zm (1)＝Zm，Z1 (n)为互感器的一次侧相对第n次谐波的漏抗，Z1 (n)＝nZ1，Zm (n)为互感器相对第n次谐波的励磁阻抗，Zm (n)＝nZm。
可选地，若则此时互感器一次侧绕组对基波等效短路。
可选地，通过设置β的取值，使得互感器一次侧第n次谐波等效阻抗为高阻，此时互感器一次侧绕组对第n次谐波等效开路。
合理设置谐波控制系数β，则互感器一次侧绕组对指定次谐波等效为高阻，配合无源滤波支路(即应用于串联混合型有源电力滤波器结构中)时，能对指定次谐波起到非常好的衰减作用。此外，相对于基于基波磁通补偿的串联混合型有源电力滤波器(谐波等效阻抗为nZ1+nZm)，基于基波和谐波磁通混合补偿的串联混合型有源电力滤波器(谐波等效阻抗为nZ1+(1+β)nZm)在谐波等效阻抗中引入了系数(1+β)，因此在采用相同容量的互感器时，滤波性能更佳(在满足相同滤波效果的前提下，可以选用容量较小的互感器)。
采用指定次谐波补偿，有源滤波部分仅对幅值较大的指定次谐波电流进行补偿，一般的高次谐波和幅值较低的低次谐波(根据具体应用场合确定)则采用无源滤波器等更为经济的方式滤波，增加系统稳定性并降低滤波成本。
因此，互感器可以为小容量耦合互感器，其通过一个LC滤波器将电压源逆变器的输出电流串接在系统电源和谐波负载之间。由于互感器原、副(一次侧、二次侧)方绕组的双边励磁作用，互感器一次侧绕组对基波和谐波分别等效为两个控制系数不同的可调电抗。控制放大器单元的基波和谐波增益系数，从而改变小容量耦合互感器单元的基波和指定次谐波磁通补偿情况。使得互感器一次侧绕组对基波短路(基波等效阻抗为低阻)，对指定次谐波开路(指定次谐波等效阻抗为高阻)，指定次谐波电流被迫流入无源支路，即起到有源滤波的作用。
由于当采用小容量变压器的有源电力滤波器时，变压器需要串联在线路中，接入线路不方便，所以本发明提出使用特制互感器代替变压器。如图2a和图2b所示的闭口柱状铁芯特制互感器的一次侧、二次侧示意图，其中，1为输电线，2为圆柱铁芯，3为二次绕组，如图2a所示圆柱铁芯为闭口样式。如图3a和图3b所示的开口柱状铁芯特制互感器的一次侧、二次侧示意图，如图3a所示圆柱铁芯为开口样式。如图4a和图4b所示的适用于母排的闭口特制互感器的一次侧、二次侧示意图，其中，4为母排，5为长方体铁芯，如图4a所示，长方体铁芯为闭口样式。以及如图5a和图5b所示的适用于母排的开口特制互感器的一次侧、二次侧示意图，如图5a所示长方体铁芯为开口样式。其中开口式互感器，是以电流钳样式接入电网，开口式互感器结构图如图3a、图3b、图5a以及图5b所示。闭口式互感器，是以插入方式接入电网，闭口式互感器结构图如图2a、图2b、图4a以及图4b所示。由于特制互感器的一次侧仅有系统线路一匝，电感L＝N2μA/l，如果用普通铁芯，电网侧等效电感太小，所以将图示特制互感器的铁芯做成细长圆柱状或细长长方体状以减小磁路，增大截面积，从而增大电感L。若电感值仍不满足要求，可采用多模块串联方式。
当指定补偿多个谐波电流时，可采用多个指定次谐波电流检测环节并将其集成为一个各次指定谐波电流检测单元。三相系统下可以参考单相系统，在每一相上单独使用采用小容量互感器的指定次谐波补偿的有源电力滤波器。三相线路上各放大器单元单独控制，发生故障时互不影响。具体参见图2所示的有源电力滤波装置接入三相系统的电路示意图。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置，其特征在于，适用于包括系统电源和谐波负载的电路，包括：互感器、逆变器、调制信号生成模块；
所述互感器的一次侧的绕组为穿过其铁芯内部的系统电源和谐波负载之间的输电线，所述一次侧绕组的绕制匝数为一匝，所述互感器铁芯的形状为细长圆柱状或适用于母排的细长长方体状，流过所述互感器一次侧绕组的电流包括基波电流和谐波电流；
所述调制信号生成模块用于生成所述逆变器的调制信号，所述调制信号由反向放大后的一次侧基波电流和正向放大后的一次侧指定次谐波电流叠加生成；
所述逆变器用于将直流信号转变成与所述调制信号同频率的交流电流信号并注入所述互感器二次侧绕组，以使所述互感器一次侧基波等效阻抗为Z1+(1-α)Zm，互感器一次侧指定次谐波等效阻抗为nZ1+(1+β)nZm，其中，Z1为互感器的一次侧漏抗，Zm为互感器的励磁阻抗，n为指定次谐波次数，α和β分别为基波控制系数和谐波控制系数，其分别通过调制信号中一次侧基波电流的放大倍数和一次侧指定次谐波电流的放大倍数来调节。
2.如权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，所述互感器的铁芯为开口形状，以电流钳样式接入系统电源和谐波负载之间。
3.如权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，所述互感器的铁芯为闭口形状，以插入方式接入系统电源和谐波负载之间。
4.如权利要求1至3任一项所述的有源电力滤波装置，其特征在于，所述调制信号生成模块包括：基波电流检测单元、指定次谐波电流检测单元、基波电流放大器、谐波电流放大器以及叠加单元；
所述基波电流检测单元，用于从流过所述互感器一次侧绕组的电流中检测所述一次侧的基波电流；
所述指定次谐波电流检测单元，用于从流过所述互感器一次侧绕组的电流中检测所述一次侧的指定次谐波电流；
所述基波电流放大器，用于对所述一次侧的基波电流进行反向放大；
所述谐波电流放大器，用于对所述一次侧的指定次谐波电流进行正向放大；
所述叠加单元，用于将反向放大后的一次侧的基波电流和正向放大后的一次侧的指定次谐波电流叠加，生成调制信号。
5.如权利要求4所述的有源电力滤波装置，其特征在于，调制信号Iref为：
<mrow>
<msub>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>k</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msubsup>
<mi>I</mi>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>k</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<msubsup>
<mi>I</mi>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>n</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，为互感器一次侧电流I1中的基波分量，即为一次侧基波电流，为互感器一次侧电流I1中的第n次谐波分量，ki为确定流过所述互感器一次侧绕组的电流所用的电流互感器的增益，-k1为基波电流放大器的放大倍数，k2为谐波电流放大器的放大倍数。
6.如权利要求5所述的有源电力滤波装置，其特征在于，所述互感器二次侧的电流I2为：KPWM为所述逆变器的增益；所述互感器二次侧绕组电流等效到互感器一次侧的电流I2′为：
<mrow>
<msup>
<msub>
<mi>I</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msub>
<mi>k</mi>
<mi>T</mi>
</msub>
</mfrac>
<msub>
<mi>I</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<msubsup>
<mi>&alpha;I</mi>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<mo>+</mo>
<msubsup>
<mi>&beta;I</mi>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>n</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<mo>;</mo>
</mrow>
1
其中，kT为所述互感器的耦合变比，
7.如权利要求6所述的有源电力滤波装置，其特征在于，通过以下方式确定所述互感器一次侧基波等效阻抗和互感器一次侧指定次谐波等效阻抗：
互感器的电压方程相量为：U1＝Z1I1+Zm(I1+I2′)，U1为互感器一次侧绕组两端的电压；
互感器一次侧基波等效阻抗为：
<mrow>
<msubsup>
<mi>Z</mi>
<mrow>
<mi>A</mi>
<mi>X</mi>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msubsup>
<mi>U</mi>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<msubsup>
<mi>I</mi>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<msubsup>
<mi>Z</mi>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<mo>+</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msubsup>
<mi>Z</mi>
<mi>m</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo>;</mo>
</mrow>
互感器一次侧第n次谐波等效阻抗为：
<mrow>
<msubsup>
<mi>Z</mi>
<mrow>
<mi>A</mi>
<mi>X</mi>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>n</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msubsup>
<mi>U</mi>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>n</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<msubsup>
<mi>I</mi>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>n</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<msubsup>
<mi>Z</mi>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>n</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<mo>+</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<mi>&beta;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msubsup>
<mi>Z</mi>
<mi>m</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>n</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>nZ</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<mi>&beta;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msub>
<mi>nZ</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，为互感器一次侧绕组两端的基波电压，为互感器一次侧绕组两端的第n次谐波电压，
U1 (1)＝Z1 (1)I1 (1)+Zm (1)(I1 (1)+I2′(1))，U1 (n)＝Z1 (n)I1 (n)+Zm (n)(I1 (n)+I2′(n))；
I2′(1)和I2′(n)分别为互感器二次侧绕组电流等效到互感器一次侧的电流中的基波分量和第n次谐波分量，
Z1 (1)为互感器的一次侧相对基波的漏抗，Z1 (1)＝Z1，Zm (1)为互感器相对基波的励磁阻抗，Zm (1)＝Zm，Z1 (n)为互感器的一次侧相对第n次谐波的漏抗，Z1 (n)＝nZ1，Zm (n)为互感器相对第n次谐波的励磁阻抗，Zm (n)＝nZm。
8.如权利要求1至7任一项所述的有源电力滤波装置，其特征在于，若则此时互感器一次侧绕组对基波等效短路。
9.如权利要求1至7任一项所述的有源电力滤波装置，其特征在于，通过设置β的取值，使得互感器一次侧第n次谐波等效阻抗为高阻，此时互感器一次侧绕组对第n次谐波等效开路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710598616.7A CN107437808B (zh) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | 一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710598616.7A CN107437808B (zh) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | 一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107437808A true CN107437808A (zh) | 2017-12-05 |
| CN107437808B CN107437808B (zh) | 2020-07-24 |
Family
ID=60460752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710598616.7A Active CN107437808B (zh) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | 一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107437808B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108879677A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-23 | 浙江涌原新能科技股份有限公司 | 一种智能净化电网装置 |
| CN109638833A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-16 | 华中科技大学 | 具有高导磁材料的即插即用有源电力滤波器及滤波方法 |
| CN110148942A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-08-20 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种适应整流负载的变压器磁性补偿装置及方法 |
| CN113315126A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-27 | 华中科技大学 | 一种有源电力滤波器指定次谐波抑制二次采样方法及系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105470963A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-04-06 | 深圳市今朝时代股份有限公司 | 一种有源电力滤波器及其控制方法 |
-
2017
- 2017-07-21 CN CN201710598616.7A patent/CN107437808B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105470963A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-04-06 | 深圳市今朝时代股份有限公司 | 一种有源电力滤波器及其控制方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108879677A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-23 | 浙江涌原新能科技股份有限公司 | 一种智能净化电网装置 |
| CN109638833A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-16 | 华中科技大学 | 具有高导磁材料的即插即用有源电力滤波器及滤波方法 |
| CN109638833B (zh) * | 2018-11-30 | 2021-05-18 | 华中科技大学 | 具有高导磁材料的即插即用有源电力滤波器及滤波方法 |
| CN110148942A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-08-20 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种适应整流负载的变压器磁性补偿装置及方法 |
| CN110148942B (zh) * | 2019-06-10 | 2021-08-24 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种适应整流负载的变压器磁性补偿装置及方法 |
| CN113315126A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-27 | 华中科技大学 | 一种有源电力滤波器指定次谐波抑制二次采样方法及系统 |
| CN113315126B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-07-05 | 华中科技大学 | 一种有源电力滤波器指定次谐波抑制二次采样方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107437808B (zh) | 2020-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107248743A (zh) | 一种针对指定次谐波的有源电力滤波装置 | |
| CN107437808B (zh) | 一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置 | |
| CN102570465B (zh) | 混合型有源电力滤波器及基于该滤波器的svpwm方法 | |
| CN101447673A (zh) | 一种有源电能质量调节器 | |
| US5949221A (en) | Line powered, primary side connected apparatus injecting voltage compensation into an electric power line using one transformer | |
| EP1078434B1 (en) | Power inverter apparatus using the load transformer of an ac power line to insert series compensation | |
| CN107437809B (zh) | 一种即插即用的有源电力滤波装置 | |
| CN107370153A (zh) | 一种有源电力滤波装置 | |
| CN102769291B (zh) | 一种基于多相变流结构的有源电力滤波器 | |
| CN107395077A (zh) | 一种即插即用的可调阻抗装置 | |
| CN105470963A (zh) | 一种有源电力滤波器及其控制方法 | |
| CN103023033A (zh) | 无变压器型混合有源电力滤波器及其实现方法和控制方法 | |
| CN103516248A (zh) | 基于单电流环控制的llcl滤波并网逆变器 | |
| CN201699418U (zh) | 新型并联有源滤波器 | |
| CN106058861A (zh) | 一种逆变器的pr和pi控制器参数协同优化设计方法 | |
| CN108462177A (zh) | 一种并网逆变器的串联型有源滤波器及系统 | |
| CN107171325B (zh) | 一种即插即用集成模块化有源谐波隔离器 | |
| CN202940591U (zh) | 宽频域多类型谐波综合治理系统 | |
| CN202856355U (zh) | 基于双vsc交互并联谐波补偿开闭环结合的apf装置 | |
| CN107086573B (zh) | 一种即插即用集成模块化有源串联补偿器 | |
| Klein et al. | Emulation of nonlinear loads with energy regeneration | |
| US11901733B2 (en) | Hybrid passive power filter and three-phase power system | |
| CN1988339A (zh) | 一种采用阻抗耦合的三相整流桥有源电力滤波电路 | |
| CN201323528Y (zh) | 一种有源电能质量调节器 | |
| CN115296310A (zh) | 用于三相电力系统的具有有功功率注入器的零序电流平衡器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |