CN1167177C

CN1167177C - 谐波抑制装置

Info

Publication number: CN1167177C
Application number: CNB021390290A
Authority: CN
Inventors: 任士焱
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: CN1402407A

Abstract

一种谐波抑制装置，属于电工技术中的电网控制设备，特别涉及抑制非线性负载产生的谐波电流的装置，以简单、稳定运行的结构和更经济的价格，用于抑制电力电子装置、电机变频调速、电弧炉等产生的谐波对电网的反馈而形成的谐波污染。本装置包括零磁通变流器、电感线圈、电容器和运算放大及驱动器，零磁通变流器结构为外形呈环形或矩形的主铁芯的空腔内置有绕有检测绕组、静电屏蔽层的检测铁芯，主铁芯外依次绕有谐波绕组、基波绕组和一次绕组，检测铁芯、检测绕组、谐波绕组和外接运算放大及驱动器构成检测和信号处理及驱动部分；基波绕组和外接电感线圈、电容器共同构成串联谐振回路。

Description

谐波抑制装置

技术领域

本发明属于电工技术中的电网控制设备，特别涉及用于抑制非线性负载产生的谐波电流的装置。

背景技术

申请号99120103.5的中国发明专利申请“基于基波磁通补偿的串联型有源滤波器的方法及系统”，是用安装在电网母线上的电流互感器，取得电网母线畸变电流，并送到基波电流检测环节，从畸变的电流波形中检测出其基波电流信号。基波补偿电流发生器跟踪该信号产生基波电流，并将之注入串联在母线上的串联变压器的付方绕组，使得串联变压器铁芯中主磁通近似为零。从而变压器的原方绕组在母线上产生很小的压降，对谐波呈高阻抗，抑制谐波电流窜入电力系统。这种方法存在如下缺点：(一)基波补偿电流发生器产生基波电流，并将它注入串联变压器的付方绕组，使得串联变压器铁芯中主磁通近似为零。由于基波电流是电网负载所需要的运行电流，一般都比较大，故基波补偿电流发生器的功率不能太小，价格比较高；(二)在电网母线上既安装有串联变压器，也装有电流互感器，电网母线上安装的装置多，特别是电网电压高时，既不安全，也不经济；(三)电流互感器的输出信号既有基波，也含有谐波，即为畸变电流波形，必须经基波电流检测环节进行信号处理而获取基波，电路复杂。

发明内容

本发明提供一种以零磁通变流器为基础的谐波抑制装置，以简单、稳定运行的结构和更经济的价格用于抑制非线性负载，如电力电子装置、电机变频调速、电弧炉等产生的谐波电流对电网的反馈而形成的谐波污染。

本发明的谐波抑制装置，包括零磁通变流器、电感线圈和电容器，所述零磁通变流器结构为在外形呈环形或矩形的主铁芯外面依次绕有基波绕组和一次绕组；基波绕组的同名端外接电容器、异名端外接电感线圈，电容器与电感线圈串联、和基波绕组共同构成串联谐振回路。所述的谐波抑制装置，其进一步特征在于所述零磁通变流器的主铁芯具有环形或矩形空腔，其内置有外面依次绕有检测绕组、再包复静电屏蔽层的环形或矩形检测铁芯；主铁芯外面依次绕有谐波绕组、基波绕组和一次绕组；检测绕组的异名端外接运算放大及驱动器的输入端，后者的输出端与谐波绕组的异名端相接，谐波绕组的同名端和检测绕组的同名端均连接运算放大及驱动器的接地点。所述的谐波抑制装置的主铁芯可以为由带状冷轧硅钢片卷绕成环状、经拼装而构成内有空腔的环形，或由片状冷轧硅钢片叠装而成的矩形铁芯。

本发明具有以下特点：(一)本发明提出了设置基波绕组W_2f与电感线圈L和电容器C组成对基波的串联谐振方法，实现零磁通变流器一次与二次之间的基波安匝平衡，即I_1fW₁-I_2fW_2f≈0，避免使用电子器件等有源方法，合理地实现了变流器T对一次基波电流I_1f呈现低阻抗、对谐波电流I_1h呈现高阻抗，让基波电流顺利通过，有效地抑制谐波电流I_1h的大部分。(二)本发明对一次谐波电流I_1h的剩余部分，采用设置检测铁芯C₂、检测绕组W_D、运算放大及驱动器A、谐波绕组W_2h所构成的有源滤波方法，对谐波电流I_1h的剩余部分进一步抵消，而且运算放大及驱动器A所需功率小、可靠性高、价格便宜。(三)本发明将检测铁芯C₂、检测绕组W_D设置于变流器T之中，融为一体。而且检测绕组W_D检测的电流是一次绕组W₁中的谐波电流。因基波电流I_1f产生的一次安匝I_1fW₁被二次基波安匝I_2fW_2f抵消，检测铁芯C₂中的基波磁通为零，只有谐波磁通，所以检测绕组W_D检测的信号直接输出的是谐波电势，而不是基波和谐波叠加的畸变波形，这对运算放大及驱动器A来说，大大降低了信号处理的难度和复杂性。(四)本发明既具有有源滤波器动态跟踪抑制任意次谐波、性能好的优点，也具有无源滤波器可靠性高、价格低的优点，性能价格比高。

附图说明

图1本发明谐波抑制装置的零磁通变流器外型图

图2零磁通变流器截面图

图3本发明谐波抑制装置电路图

具体实施方式

现结合附图对本发明进一步说明。

图1所示，零磁通变流器外型为圆环状，其截面如图2所示：检测铁芯C₂外面绕有检测绕组W_D，再用铜箔包上静电屏蔽层E，它们共同置于主铁芯C₁的空腔中；主铁芯C₁外面依次绕有谐波绕组W_2h、基波绕组W_2f和一次绕组W₁。

图3给出了零磁通变流器谐波抑制装置的电路图，一次绕组W₁的同名端与电网S相接，异名端与谐波源负载B相接。基波绕组W_2f的同名端与电容器C的一端相连，异名端与电感线圈L的一端相连，电感线圈L和电容器C的另一端串联相接。检测绕组W_D的异名端与运算放大及驱动器A的输入端相接，运算放大及驱动器A的输出端与谐波绕组W_2h的异名端相接，谐波绕组W_2h的同名端与检测绕组W_D的同名端相连后连接到运算放大及驱动器A的接地点。

当电网中谐波干扰强度不大时，无需采用图3中的谐波绕组W_2h、静电屏蔽层E、检测铁芯C₂、检测绕组W_D以及运算放大及驱动器A。因此图2所示零磁通变流器主铁芯C₁不保留空腔、不置入检测铁芯C₂、检测绕组W_D和静电屏蔽层E，也可以保留这些材料，外部不连接运算放大及驱动器A。本谐波抑制装置投入工作后，当一次绕组W₁中通过基波电流I_1f和负载反馈的谐波电流I_1h时，对于基波电流I_1f，由于基波绕组W_2f所接的是由电感线圈L和电容器C组成的串联谐振负载，其谐振频率为基波频率，此时基波绕组W_2f接的负载阻抗趋近于零，相当于短路。即对基波而言，从变流器T一次侧看其短路阻抗很小，一次绕组W₁中基波电流I_1f在变流器的压降很小，则基波电流I_1f即电网负载所需要的运行电流顺利通过。而对谐波而言，变流器T的二次侧相当于开路，此时从变流器T一次侧看其等效阻抗为激磁阻抗，其阻抗很大，则一次绕组W₁中谐波电流I_1h的大部被抑制。由于一次绕组W₁与基波绕组W_2f之间的基波安匝差I_1fW₁-I_2fW_2f非常小，检测铁芯C₂中的基波磁通趋近于零，在检测绕组W_D中感应的基波信号也趋近于零，经运算放大及驱动器A后，通过谐波绕组W_2h的基波电流也趋近于零。对于一次绕组W₁中谐波电流I_1h的剩余部分，检测绕组W_D将检测出剩余谐波电流产生的谐波电势，该电势经运算放大及驱动器A后，驱动谐波电流I_2h流经谐波绕组W_2h，使得谐波安匝I_2hW_2h与一次绕组W₁中的剩余谐波安匝I′_1hW₁相平衡(注：剩余谐波电流I′_1h未在图中标出)，达到进一步抑制谐波电流的目的。

Claims

1.一种谐波抑制装置，包括零磁通变流器，其特征在于所述零磁通变流器结构为在外形呈环形或矩形的主铁芯外面绕有基波绕组、其外面再绕有一次绕组；基波绕组的同名端外接电容器、异名端外接电感线圈，电容器与电感线圈串联、和基波绕组共同构成串联谐振回路。

2.如权利要求1所述的谐波抑制装置，其特征在于所述零磁通变流器的主铁芯具有环形或矩形空腔，其内置有外面绕有检测绕组、再包覆静电屏蔽层的环形或矩形检测铁芯；主铁芯外面绕有谐波绕组、其外面绕有基波绕组、后者外面再绕有一次绕组；检测绕组的异名端外接运算放大及驱动器的输入端，后者的输出端与谐波绕组的异名端相接，谐波绕组的同名端和检测绕组的同名端均连接运算放大及驱动器的接地点。