CN109066624B - 抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置 - Google Patents

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CN109066624B CN201810916340.7A CN201810916340A CN109066624B CN 109066624 B CN109066624 B CN 109066624B CN 201810916340 A CN201810916340 A CN 201810916340A CN 109066624 B CN109066624 B CN 109066624B
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Abstract

本发明公开了一种抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置，包括：隔直电容器、有源滤波器、电流测量模块、多级串联的无源滤波器组，该隔直电容器的一端连接至交流变压器中性点，该隔直电容器的另一端与该有源滤波器的输出端口的一端相连接，该有源滤波器的输出端口的另一端与该电流测量模块的一端相连接，该电流测量模块的另一端与该多级串联的无源滤波器组的一端相连接，该多级串联的无源滤波器组的另一端接地。通过上述方式，能够实现同时抑制直流电流和交流电流不随大地土壤流入交流变压器中性点。

Description

抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置。
背景技术
HVDC(High-Voltage Direct Current，高压直流输电)系统在单极大地回路方式下运行时，会向大地注入大量的直流电流和交流电流，该直流电流和交流电流会经过大地土壤流入附近的直接接地的交流变压器的中性点，会对该交流变压器的正常工作带来不利的影响。为了减轻该对该交流变压器的正常工作带来的不利影响，现有技术一般采用中性点串联隔直电容器的方案，但是该采用的中性点串联隔直电容器的方案只能抑制直流电流不随大地土壤流入交流变压器中性点，无法实现同时抑制直流电流和交流电流不随大地土壤流入交流变压器中性点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置，能够实现同时抑制直流电流和交流电流不随大地土壤流入交流变压器中性点。
根据本发明的一个方面，提供一种抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置，包括：
隔直电容器、有源滤波器、电流测量模块、多级串联的无源滤波器组；
所述隔直电容器的一端连接至交流变压器中性点，所述隔直电容器的另一端与所述有源滤波器的输出端口的一端相连接，所述有源滤波器的输出端口的另一端与所述电流测量模块的一端相连接，所述电流测量模块的另一端与所述多级串联的无源滤波器组的一端相连接，所述多级串联的无源滤波器组的另一端接地；
所述隔直电容器抑制通过交流变压器中性点流入交流变压器的直流电流，所述电流测量模块测量出所述交流变压器中性点接地线上的电流的大小，所述有源滤波器逆变出与所述测量出的所述交流变压器中性点接地线上的电流中的谐波电流大小的反向值来滤除所述谐波电流，所述多级串联的无源滤波器组滤除多种频率的交流电流，同时滤除所述交流变压器中励磁电流中的交流量。
其中，所述电流测量模块，包括：
用于测量出所述交流变压器中性点接地线上的电流的大小的电流互感器。
其中，所述抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置，还包括：
与所述电流测量模块相连接的控制电路；
所述控制电路根据所述测量出的所述交流变压器中性点接地线上的电流大小，分析出流入所述交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量，并根据所述分析出的流入所述交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量，向所述有源滤波器发出控制信号，控制所述有源滤波器逆变出与所述分析出的谐波电流成分、含量的反射值来滤除所述谐波电流。
其中，所述有源滤波器，包括：
四个逆变开关管：第一逆变开关管、第二逆变开关管、第三逆变开关管、第四逆变开关管；
六个整流开关管：第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管、第四整流开关管、第五整流开关管、第六整流开关管；
一个储能电容；
两个滤波电抗器：第一滤波电抗器、第二滤波电抗器；
所述第一整流开关管、第三整流开关管、第五整流开关管的发射极分别连接在所述第二整流开关管、第四整流开关管、第六整流开关管的集电极以及外部电力系统的三相上；
所述第一整流开关管、第三整流开关管、第五整流开关管的集电极均连接在所述储能电容上；
所述第一逆变开关管、第三逆变开关管的集电极均连接在所述储能电容上，所述第一逆变开关管、第三逆变开关管的发射极分别连接在所述第二逆变开关管、第四逆变开关管的集电极以及所述第一滤波电抗器、第二滤波电抗器上；
所述四个逆变开关管、六个整流开关管均从所述控制电路接收所述控制信号，所述控制信号控制所述四个逆变开关管、六个整流开关管的开断，控制所述六个整流开关管整流使所述储能电容的电压稳定，控制所述四个逆变开关管逆变出与所述分析出的谐波电流成分、含量的反射值来滤除所述谐波电流，所述两个滤波电抗器滤除所述谐波电流。
其中，所述控制电路，包括：
电流分析模块、脉冲宽度调制信号发生器；
所述电流分析模块根据所述测量出的所述交流变压器中性点接地线上的电流大小，分析出流入所述交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量；
所述脉冲宽度调制信号发生器发送所述控制信号，所述控制信号控制所述四个逆变开关管、六个整流开关管的开断，控制所述六个整流开关管整流使所述储能电容的电压稳定，控制所述四个逆变开关管逆变出与所述分析出的谐波电流成分、含量的反射值来滤除所述谐波电流。
其中，所述多级串联的无源滤波器组，包括：
多个带阻滤波器，所述多个带阻滤波器多级串联形成带阻滤波器组，所述带阻滤波器组的一端与所述电流测量模块的一端相连接，所述带阻滤波器组的另一端接地；
所述带阻滤波器组滤除多种频率的交流电流，同时滤除所述交流变压器中励磁电流中的交流量。
其中，所述带阻滤波器，包括：
电抗器、电容器；
所述电抗器与所述电容器并联连接。
其中，所述多个带阻滤波器中的每个带阻滤波器中的电抗器的大小各不相同；所述多个带阻滤波器中的每个带阻滤波器中的电容器的大小各不相同。
可以发现，以上方案，交流变压器经隔直电容器接地可以有效抑制通过交流变压器中性点流入交流变压器的直流电流，同时特定大小的电抗器和电容器并联可构成一级带阻滤波器，可以滤除特定频率的交流电流，同时可滤除不同频率交流电流的多个带阻滤波器多级串联可构成多级串联的无源滤波器组，可以滤除多种频率的交流电流，能够实现同时抑制直流电流和交流电流不随大地土壤流入交流变压器中性点。
进一步的，以上方案，可滤除不同频率交流电流的多个带阻滤波器多级串联可构成多级串联的无源滤波器组，可以滤除交流变压器中励磁电流中的交流量，能够实现抑制交流变压器中励磁电流产生谐波。
进一步的，以上方案，可以通过对该多级串联的无源滤波器组中的无源滤波器的参数进行设置，能够实现让该多级串联的无源滤波器组不对交流变压器中励磁电流的基波相位产生较大影响，从而提高交流变压器以及电网的安全性与可靠性。
进一步的，以上方案，可以通过该控制电路根据该测量出的该交流变压器中性点接地线上的电流大小，分析出流入该交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量等，并根据该分析出的流入该交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量等，向该有源滤波器发出控制信号，控制该有源滤波器逆变出与该分析出的谐波电流成分、含量等的反射值来滤除该谐波电流，能够实现在同步抑制直流电流和交流电流不随大地土壤流入交流变压器中性点的同时，抑制谐波电流不随大地土壤流入交流变压器中性点，以及滤除交流变压器中励磁电流中的交流量，抑制交流变压器中励磁电流产生谐波电流，不对交流变压器中励磁电流的基波相角产生较大影响，从而提高交流变压器以及电网的安全性与可靠性。
附图说明
图1是本发明抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置一实施例的电路结构示意图；
图2为本发明抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置一实施例的一举例示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置，能够实现同时抑制直流电流和交流电流不随大地土壤流入交流变压器中性点。
请参见图1，图1是本发明抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置一实施例的电路结构示意图。如图1所示，该抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置10包括：
隔直电容器11、有源滤波器12、电流测量模块13、多级串联的无源滤波器组14。
该隔直电容器11的一端连接至交流变压器中性点，该隔直电容器11的另一端与该有源滤波器12的输出端口的一端相连接，该有源滤波器12的输出端口的另一端与该电流测量模块13的一端相连接，该电流测量模块13的另一端与该多级串联的无源滤波器组14的一端相连接，该多级串联的无源滤波器组14的另一端接地。
该隔直电容器11抑制通过交流变压器中性点流入交流变压器的直流电流，该电流测量模块13测量出该交流变压器中性点接地线上的电流的大小，该有源滤波器12逆变出与该测量出的该交流变压器中性点接地线上的电流中的谐波电流大小的反向值来滤除该谐波电流，该多级串联的无源滤波器组14滤除多种频率的交流电流，同时滤除该交流变压器中励磁电流中的交流量。
可选地，该电流测量模块13，可以包括：
用于测量出该交流变压器中性点接地线上的电流的大小的电流互感器(图中未标示)。
可选地，该抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置10，还可以包括：
与该电流测量模块13相连接的控制电路15；
该控制电路15根据该测量出的该交流变压器中性点接地线上的电流大小，分析出流入该交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量等，并根据该分析出的流入该交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量等，向该有源滤波器12发出控制信号，控制该有源滤波器12逆变出与该分析出的谐波电流成分、含量等的反射值来滤除该谐波电流。
可选地，该有源滤波器12，可以包括：
四个逆变开关管：第一逆变开关管121、第二逆变开关管122、第三逆变开关管123、第四逆变开关管124；
六个整流开关管：第一整流开关管1201，第二整流开关管1202，第三整流开关管1203、第四整流开关管1204、第五整流开关管1205、第六整流开关管1206；
一个储能电容1207；
两个滤波电抗器：第一滤波电抗器1208、第二滤波电抗器1209。
该第一整流开关管1201、第三整流开关管1203、第五整流开关管1205的发射极分别连接在该第二整流开关管1202、第四整流开关管1204、第六整流开关管1206的集电极以及外部电力系统的三相上。
该第一整流开关管1201、第三整流开关管1203、第五整流开关管1205的集电极均连接在该储能电容1207上。
该第一逆变开关管121、第三逆变开关管123的集电极均连接在该储能电容1207上，该第一逆变开关管121、第三逆变开关管123的发射极分别连接在该第二逆变开关管122、第四逆变开关管124的集电极以及该第一滤波电抗器1208、第二滤波电抗器1209上。
该四个逆变开关管、六个整流开关管均从该控制电路15接收该控制信号，该控制信号控制该四个逆变开关管、六个整流开关管的开断，控制该六个整流开关管整流使该储能电容1207的电压稳定，控制该四个逆变开关管逆变出与该分析出的谐波电流成分、含量等的反射值来滤除该谐波电流，该两个滤波电抗器滤除该谐波电流。
可选地，该控制电路15，可以包括：
电流分析模块151、PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号发生器152。
该电流分析模块151根据该测量出的该交流变压器中性点接地线上的电流大小，分析出流入该交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量等。
该脉冲宽度调制信号发生器152发送该控制信号，该控制信号控制该四个逆变开关管、六个整流开关管的开断，控制该六个整流开关管整流使该储能电容1207的电压稳定，控制该四个逆变开关管逆变出与该分析出的谐波电流成分、含量等的反射值来滤除该谐波电流。
可选地，该多级串联的无源滤波器组14，可以包括：
多个带阻滤波器(图中未标示)，该多个带阻滤波器多级串联形成带阻滤波器组，该带阻滤波器组的一端与该电流测量模块13的一端相连接，该带阻滤波器组的另一端接地；
该带阻滤波器组滤除多种频率的交流电流，同时滤除该交流变压器中励磁电流中的交流量。
可选地，该带阻滤波器，可以包括：
电抗器(图中未标示)、电容器(图中未标示)；
该电抗器与该电容器并联连接。
可选地，该多个带阻滤波器中的每个带阻滤波器中的电抗器的大小可以相同，也可以不相同，该多个带阻滤波器中的每个带阻滤波器中的电容器的大小可以相同，也可以不相同，本发明不加以限定。
在本实施例中，交流变压器经隔直电容器接地可以有效抑制通过交流变压器中性点流入交流变压器的直流电流。
在本实施例中，特定大小的电抗器和电容器并联可构成一级带阻滤波器，滤除特定频率的交流电流。
在本实施例中，可滤除不同频率交流电流的多个带阻滤波器多级串联可构成多级串联的无源滤波器组，可以滤除多种频率的交流电流，同时可以滤除交流变压器中励磁电流中的交流量。
在本实施例中，可以通过对该多级串联的无源滤波器组中的无源滤波器的参数进行设置，能够实现让该多级串联的无源滤波器组不对交流变压器中励磁电流的基波相位产生较大影响，从而提高交流变压器以及电网的安全性与可靠性。
在本实施例中，可以通过该控制电路根据该测量出的该交流变压器中性点接地线上的电流大小，分析出流入该交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量等，并根据该分析出的流入该交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量等，向该有源滤波器发出控制信号，控制该有源滤波器逆变出与该分析出的谐波电流成分、含量等的反射值来滤除该谐波电流，能够实现在同步抑制直流电流和交流电流不随大地土壤流入交流变压器中性点的同时，抑制谐波电流不随大地土壤流入交流变压器中性点，以及滤除交流变压器中励磁电流中的交流量，抑制交流变压器中励磁电流产生谐波电流，不对交流变压器中励磁电流的基波相角产生较大影响，从而提高交流变压器以及电网的安全性与可靠性。
可以发现，在本实施例中，交流变压器经隔直电容器接地可以有效抑制通过交流变压器中性点流入交流变压器的直流电流，同时特定大小的电抗器和电容器并联可构成一级带阻滤波器，可以滤除特定频率的交流电流，同时可滤除不同频率交流电流的多个带阻滤波器多级串联可构成多级串联的无源滤波器组，可以滤除多种频率的交流电流，能够实现同时抑制直流电流和交流电流不随大地土壤流入交流变压器中性点。
进一步的，在本实施例中，可滤除不同频率交流电流的多个带阻滤波器多级串联可构成多级串联的无源滤波器组，可以滤除交流变压器中励磁电流中的交流量，能够实现抑制交流变压器中励磁电流产生谐波。
进一步的，在本实施例中，可以通过对该多级串联的无源滤波器组中的无源滤波器的参数进行设置，能够实现让该多级串联的无源滤波器组不对交流变压器中励磁电流的基波相位产生较大影响，从而提高交流变压器以及电网的安全性与可靠性。
进一步的，在本实施例中，可以通过该控制电路根据该测量出的该交流变压器中性点接地线上的电流大小，分析出流入该交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量等，并根据该分析出的流入该交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量等，向该有源滤波器发出控制信号，控制该有源滤波器逆变出与该分析出的谐波电流成分、含量等的反射值来滤除该谐波电流，能够实现在同步抑制直流电流和交流电流不随大地土壤流入交流变压器中性点的同时，抑制谐波电流不随大地土壤流入交流变压器中性点，以及滤除交流变压器中励磁电流中的交流量，抑制交流变压器中励磁电流产生谐波电流，不对交流变压器中励磁电流的基波相角产生较大影响，从而提高交流变压器以及电网的安全性与可靠性。
下面进行举例说明本实施例：
请参见图2，图2是本发明抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置一实施例的一举例示意图。如图2所示，在轨道交通周围，交流变压器中性点流入的直流电流、交流电流以及六次以下的谐波较多，因此设计使用隔直电容器C0来抑制隔离直流电流，用四个逆变开关管、六个整流开关管、一个储能电容、两个滤波电抗器连接组成一个有源滤波器，该有源滤波器输出二次、三次谐波电流的反向电流，以此来抑制谐波电流不随大地土壤流入交流变压器中性点，以及滤除交流变压器中励磁电流中的交流量，抑制交流变压器中励磁电流产生谐波电流，不对交流变压器中励磁电流的基波相角产生较大影响，从而提高交流变压器以及电网的安全性与可靠性。
如图2所示，一个电抗器L1和一个电容器C1并联组成第一个带阻滤波器，一个电抗器L2和一个电容器C2并联组成第二个带阻滤波器，一个电抗器L3和一个电容器C3并联组成第三个带阻滤波器，将该第一个带阻滤波器至第三个带阻滤波器之间串联起来形成三级串联的无源滤波器组，可以再滤除四次、五次、六次谐波、交流电流，还可以滤除交流变压器中励磁电流中的交流量，能够实现抑制交流变压器中励磁电流产生谐波，又可以通过对该多级串联的无源滤波器组中的无源滤波器的参数进行设置，能够实现让该多级串联的无源滤波器组不对交流变压器中励磁电流的基波相位产生较大影响，从而提高交流变压器以及电网的安全性与可靠性。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置，其特征在于，包括：
隔直电容器、有源滤波器、电流测量模块、多级串联的无源滤波器组；
所述隔直电容器的一端连接至交流变压器中性点，所述隔直电容器的另一端与所述有源滤波器的输出端口的一端相连接，所述有源滤波器的输出端口的另一端与所述电流测量模块的一端相连接，所述电流测量模块的另一端与所述多级串联的无源滤波器组的一端相连接，所述多级串联的无源滤波器组的另一端接地；
所述隔直电容器抑制通过交流变压器中性点流入交流变压器的直流电流，所述电流测量模块测量出所述交流变压器中性点接地线上的电流的大小，所述有源滤波器逆变出与所述测量出的所述交流变压器中性点接地线上的电流中的谐波电流大小的反向值来滤除所述谐波电流，所述多级串联的无源滤波器组滤除多种频率的交流电流，同时滤除所述交流变压器中励磁电流中的交流量；
与所述电流测量模块相连接的控制电路；
所述控制电路根据所述测量出的所述交流变压器中性点接地线上的电流大小，分析出流入所述交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量，并根据所述分析出的流入所述交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量，向所述有源滤波器发出控制信号，控制所述有源滤波器 逆变出与所述分析出的谐波电流成分、含量的反射值来滤除所述谐波电流；
其中，所述电流测量模块，包括：
用于测量出所述交流变压器中性点接地线上的电流的大小的电流互感器。
2.如权利要求1所述的抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置，其特征在于，所述有源滤波器，包括：
四个逆变开关管：第一逆变开关管、第二逆变开关管、第三逆变开关管、第四逆变开关管；
六个整流开关管：第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管、第四整流开关管、第五整流开关管、第六整流开关管；
一个储能电容；
两个滤波电抗器：第一滤波电抗器、第二滤波电抗器；
所述第一整流开关管、第三整流开关管、第五整流开关管的发射极分别连接在所述第二整流开关管、第四整流开关管、第六整流开关管的集电极以及外部电力系统的三相上；
所述第一整流开关管、第三整流开关管、第五整流开关管的集电极均连接在所述储能电容上；
所述第一逆变开关管、第三逆变开关管的集电极均连接在所述储能电容上，所述第一逆变开关管、第三逆变开关管的发射极分别连接在所述第二逆变开关管、第四逆变开关管的集电极以及所述第一滤波电抗器、第二滤波电抗器上；
所述四个逆变开关管、六个整流开关管均从所述控制电路接收所述控制信号，所述控制信号控制所述四个逆变开关管、六个整流开关管的开断，控制所述六个整流开关管整流使所述储能电容的电压稳定，控制所述四个逆变开关管逆变出与所述分析出的谐波电流成分、含量的反射值来滤除所述谐波电流，所述两个滤波电抗器滤除所述谐波电流。
3.如权利要求2所述的抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置，其特征在于，所述控制电路，包括：
电流分析模块、脉冲宽度调制信号发生器；
所述电流分析模块根据所述测量出的所述交流变压器中性点接地线上的电流大小，分析出流入所述交流变压器中性点电流的谐波电流成分、含量；
所述脉冲宽度调制信号发生器发送所述控制信号，所述控制信号控制所述四个逆变开关管、六个整流开关管的开断，控制所述六个整流开关管整流使所述储能电容的电压稳定，控制所述四个逆变开关管逆变出与所述分析出的谐波电流成分、含量的反射值来滤除所述谐波电流。
4.如权利要求1至3任意一项所述的抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置，其特征在于，所述多级串联的无源滤波器组，包括：
多个带阻滤波器，所述多个带阻滤波器多级串联形成带阻滤波器组，所述带阻滤波器组的一端与所述电流测量模块的一端相连接，所述带阻滤波器组的另一端接地；
所述带阻滤波器组滤除多种频率的交流电流，同时滤除所述交流变压器中励磁电流中的交流量。
5.如权利要求4所述的抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置，其特征在于，所述带阻滤波器，包括：电抗器、电容器；所述电抗器与所述电容器并联连接。
6.如权利要求5所述的抑制交流变压器中性点直流电流以及交流电流的装置，其特征在于，所述多个带阻滤波器中的每个带阻滤波器中的电抗器的大小各不相同；所述多个带阻滤波器中的每个带阻滤波器中的电容器的大小各不相同。
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