CN111478329A - 一种多耦合线圈混合谐波滤波器及其谐波电流补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种多耦合线圈混合谐波滤波器及其谐波电流补偿方法，该混合滤波器包括无源部分和有源部分，有源部分通过空间磁路耦合的方式与无源部分连接；无源部分并联接入电网，且采用多耦合线圈结构的多调谐滤波电路，多调谐滤波电路包括多个电感和多个电容，各电感之间存在互感；有源部分包括感应线圈和逆变电路，感应线圈与无源部分的各电感间存在互感，逆变电路在感应线圈上产生电流，并通过空间磁路耦合的方式，将电流注入到电网中，从而对无源补偿之后的残余谐波电流进行滤除。该混合滤波器减小了线圈组的占地面积，有源部分开路、短路不会影响无源部分的正常工作，更加安全可靠。

Description

一种多耦合线圈混合谐波滤波器及其谐波电流补偿方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种多耦合线圈混合谐波滤波器及其谐波电流补偿方法。
背景技术
谐波问题是电网中一个突出的电能质量问题，它的主因是非线性负荷。谐波会增大电力系统中的损耗，干扰继电保护装置的工作，影响测量的准确性，干扰通信系统，引起开关器件误动，影响高精度装置的效果等。
混合有源滤波器HAPF(Hybrid Active Power Filter)是中高压电网谐波治理的重要手段。混合有源滤波器结合了无源滤波器和有源滤波器两者的优点，主要由无源部分和有源部分两部分组成。无源部分负责滤除大部分特征次谐波，而有源部分的作用是提升无源部分的滤波性能。
HAPF的无源部分结构一般为LC滤波电路，用于滤除特定频率谐波，比如3、5、7、11次谐波。以滤除5、7、11次谐波电流为例，传统的方法一般每相会采用3组单调谐LC滤波电路，分别滤除5、7、11次谐波。每相需要3个电抗器，三相则需要9个电抗器。这些电抗器会采用分开布置的方式(一字形、品字形等)，用来消除线圈间的互感，保证滤波效果，这样就会占用较大的占地面积。传统的干式空心电抗器也存在叠放的布置方式，但是同样为了消除互感等原因，叠放会使电抗器整体重心明显增高，提高了对结构附件的安全设计的要求。
混合有源滤波器的有源部分有各种不同的接入电网方式。在并联APF+并联PF结构的HAPF中，并联APF通过变压器接入电网，变压器体积大，低压侧电流较大，且APF输出的电流可能会流入并联PF中。在APF与PF串联结构的HAPF中，PF的基波阻抗较大，承担大部分的基波电压，有源部分容量较小，但此结构不适合进行大容量的无功补偿，且一旦有源部分开路，基波电压就会降落在有源部分上。注入式混合有源滤波器结构，有源部分通过变压器与基波谐振支路或小电感并联，使有源部分承受的基波电压很小，大大降低了有源部分的容量，但有源部分需要外部提供直流电压，且参数整定不易。无变压器型混合有源滤波器结构，APF与单调谐PF串联后并联接入电网，省却了变压器，但是其控制策略复杂，且当APF发生故障时会直接影响电网的运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种多耦合线圈混合谐波滤波器及其谐波电流补偿方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种多耦合线圈混合谐波滤波器，包括无源部分和有源部分，有源部分通过空间磁路耦合的方式与无源部分连接；无源部分并联接入电网，且采用多耦合线圈结构的多调谐滤波电路，多调谐滤波电路包括多个电感和多个电容，各电感之间存在互感；有源部分包括感应线圈和逆变电路，感应线圈与无源部分的各电感存在互感，逆变电路在感应线圈上产生电流，并通过空间磁路耦合的方式，将电流注入到电网中，从而对无源补偿之后的残余谐波电流进行滤除。
在上述的多耦合线圈混合谐波滤波器中，多耦合线圈结构的多调谐滤波电路，其电感为方形铝导线绕制而成的环形线盘，多个电感层叠，形成层叠的同轴环形线盘结构，再与各个调谐频率对应的电容相连接。
在上述的多耦合线圈混合谐波滤波器中，感应线圈为方形铝导线绕制而成的环形线盘，环形线盘放置在层叠的同轴环形线盘上方，与多耦合线圈结构的多调谐滤波电路的各个电感之间通过空间磁路耦合；逆变电路为全桥逆变电路，其输出端与感应线圈两端相连。
一种多耦合线圈混合谐波滤波器的谐波电流补偿方法，包括通过控制有源部分的逆变电路，使其向感应线圈注入一个可控的交流电流ig，通过感应线圈与无源部分电感之间的空间磁路耦合作用，将电流注入滤波支路，从而改变滤波支路的电流if，进而补偿无源部分补偿后仍然流入电网的残余谐波电流。
本发明的有益效果：1.采用多耦合线圈结构的无源部分，在达到与传统多调谐滤波电路相同滤波效果的同时，能够减少线圈组的占地面积；2、有源部分采用空间磁路耦合的方式与无源部分进行连接，在运行过程中，有源部分开路、短路不会影响无源部分的正常工作，更加安全可靠。
附图说明
图1是本发明一个实施例多耦合线圈混合谐波滤波器的示意图；
图2是本发明一个实施例多耦合线圈混合谐波滤波器的无源部分原理图；
图3是本发明一个实施例多耦合线圈混合谐波滤波器有源部分工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例采用多耦合线圈结构，作为多耦合线圈混合谐波滤波器的无源部分，在达到同样无源补偿效果的同时，节省线圈组的占地面积。采用新的有源部分接入方式，采用空间磁路耦合的方式将有源部分产生的电流注入到电网中去，从而滤除无源补偿之后残留的谐波电流；此结构的有源部分在工作时更安全可靠，有源侧开路、短路不会影响无源部分的正常运行，更加安全可靠。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种多耦合线圈混合谐波滤波器，包括无源部分和有源部分，无源部分为多耦合线圈结构的多调谐滤波电路，直接并联接入电网，它由多个电感和多个电容构成，电感之间存在互感；有源部分由感应线圈和逆变电路组成，感应线圈和无源部分的电感之间存在互感，有源部分的逆变电路在感应线圈上产生电流，并通过感应线圈与无源部分电感的空间磁路耦合作用，向电网中注入电流，从而对谐波电流进行进一步补偿。
而且，无源部分是多耦合线圈结构的多调谐滤波电路，电感是由方形铝导线绕制而成的环形线盘，多个电感层叠起来，即组成层叠的同轴环形线盘结构；再与各个调谐频率对应的电容相连接，组成多耦合线圈混合谐波滤波器的无源部分。
而且，有源部分由感应线圈和逆变电路组成，感应线圈同样为方形铝导线绕制而成的环形线盘，与无源部分(多耦合线圈结构的多调谐滤波电路)的各个电感之间存在互感，并放置在层叠的同轴环形线盘上方；有源部分的逆变电路，可由(但不限于)全桥逆变电路构成，其输出端与感应线圈两端相连。
一种多耦合线圈混合谐波滤波器的谐波电流补偿方法，控制有源部分的逆变电路，使其向感应线圈注入一个可控的交流电流ig，通过感应线圈与无源部分电感之间的空间磁路耦合作用，在滤波支路(无源部分的主电感L1上)产生电流，从而改变滤波支路的电流if，进而补偿无源部分补偿后仍然流入电网的残余谐波电流。
具体实施时，如图1所示，一种多耦合线圈混合谐波滤波器，包括无源部分和有源部分，无源部分为多耦合线圈结构的多调谐滤波电路，直接并联接入电网。图1中的无源部分为三调谐滤波电路，它由多个电感L1、L2、L3、L4、L5和多个电容C3、C4、C5构成，电感L1、L2、L3、L4、L5之间存在互感；有源部分由感应线圈Lg和逆变电路组成，感应线圈Lg和无源部分的电感L1、L2、L3、L4、L5之间同样存在互感，有源部分的逆变电路在感应线圈Lg上产生电流ig，并通过感应线圈Lg与无源部分电感L1、L2、L3、L4、L5的空间磁路耦合作用，改变滤波支路电流if，从而对负载电流iL中的谐波分量进行进一步补偿。
如图2所示，无源部分是多耦合线圈结构的多调谐滤波电路，该多调谐滤波电路可以是三调谐、四调谐滤波电路等，相应得随着调谐数目的增加，电路的结构也会更加复杂，具体的选择应根据实际情况而定。图2中的电感L1、L2、L3、L4、L5可由方形铝导线绕制成环形线盘，然后将多个电感层叠起来，组成层叠的同轴环形线盘结构；再与各个调谐频率对应的电容C3、C4、C5相连接，即可组成多耦合线圈混合谐波滤波器的无源部分。
有源部分由感应线圈Lg和逆变电路组成，感应线圈Lg同样可由方形铝导线绕制成环形线盘，与无源部分(多耦合线圈结构的多调谐滤波电路)的各个电感L1、L2、L3、L4、L5之间存在互感，并放置在层叠的同轴环形线盘上方；有源部分的逆变电路，可由(但不限于)全桥逆变电路构成，其输出端与感应线圈Lg两端相连。
多耦合线圈混合谐波滤波器及其谐波电流补偿方法，控制有源部分的逆变电路，使其向感应线圈Lg注入一个可控的交流电流ig，并通过感应线圈与无源部分电感之间的空间磁路耦合作用，在无源部分的电感L1、L2、L3、L4、L5上感应出电压u1、u2、u3、u4、u5，其中由于感应线圈Lg与主电感L1的距离最近，感应电压u1起的作用最大。通过感应电压u1、u2、u3、u4、u5的作用，改变滤波支路的电流if，进而补偿掉无源部分补偿后仍然流入电网的残余谐波电流。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种多耦合线圈混合谐波滤波器，其特征是，包括无源部分和有源部分，有源部分通过空间磁路耦合的方式与无源部分连接；无源部分并联接入电网，且采用多耦合线圈结构的多调谐滤波电路，多调谐滤波电路包括多个电感和多个电容，各电感之间存在互感；有源部分包括感应线圈和逆变电路，感应线圈与无源部分的各电感存在互感，逆变电路在感应线圈上产生电流，并通过空间磁路耦合的方式，将电流注入到电网中，从而对无源补偿之后的残余谐波电流进行滤除。
2.如权利要求1所述的多耦合线圈混合谐波滤波器，其特征是，多耦合线圈结构的多调谐滤波电路，其电感为方形铝导线绕制而成的环形线盘，多个电感层叠，形成层叠的同轴环形线盘结构，再与各个调谐频率对应的电容相连接。
3.如权利要求2所述的多耦合线圈混合谐波滤波器，其特征是，感应线圈为方形铝导线绕制而成的环形线盘，环形线盘放置在层叠的同轴环形线盘上方，与多耦合线圈结构的多调谐滤波电路的各个电感之间通过空间磁路耦合；逆变电路为全桥逆变电路，其输出端与感应线圈两端相连。
4.如权利要求1所述的多耦合线圈混合谐波滤波器的谐波电流补偿方法，其特征是，包括通过控制有源部分的逆变电路，使其向感应线圈注入一个可控的交流电流ig，通过感应线圈与无源部分电感之间的空间磁路耦合作用，将电流注入滤波支路，从而改变滤波支路的电流if，进而补偿无源部分补偿后仍然流入电网的残余谐波电流。
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