CN1323477C - 一种大容量串联型有源电力滤波器 - Google Patents

一种大容量串联型有源电力滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大容量串联型有源电力滤波器，包括基波电流检测单元I、基波补偿电流发生单元II和串联变压器III；单元II由N(N≤500)个相同的子单元II’构成，其输入端与单元I的输出端相连接；串联变压器III的二次侧设有N个相同的绕组，每个绕组与对应的子单元II’相连接，一次绕组串联在电网母线(1)中；每个子单元II’根据基波电流信号i1S，将发生的基波补偿电流i2/N输送到串联变压器中对应的二次绕组ax。所有的i2/N大小相等、相位相同，但与电网母线的基波电流i1反相位，使得铁心中一次侧、二次侧绕组基波磁动势基本平衡，使串联变压器III铁心中基波主磁通Φm1≈0。总之，本滤波器只需检测单一频率电流，响应稳定，能适用于高电压大电流工况。

Description

一种大容量串联型有源电力滤波器
技术领域
本发明属于电力滤波器技术领域，具体涉及一种大容量串联型有源电力滤波器。
背景技术
迄今为止，有源电力滤波器主要有三类：第一类是并联型有源滤波器；第二类是有源滤波器和无源滤波器串联后与电网并联的方式；第三类是并联无源加串联有源的混合型滤波器。第一、二类滤波器都需要实时检测谐波电流，跟踪产生谐波电流，实现起来有一定的难度。在1999年本发明人发明了基于磁通补偿的串联型有源滤波器(见ZL99120103.5，申请日1999年12月4日)，它属于上述第三类滤波器。理论分析和带各种谐波源进行的实验研究表明，当在串联变压器二次侧注入的基波电流与一次侧中的电流基波满足基波磁通补偿条件时，该串联变压器对基波的等效阻抗接近于零，而对谐波呈现高阻抗，从而迫使谐波电流注入无源滤波器支路。无论对电压型谐波源，还是对电流型谐波源，均有较好的滤波效果。但由于这种滤波器中串联变压器只有一个二次绕组，即只有一条支路向串联变压器二次绕组注入补偿的基波电流。若所需要的一次侧电流较大时，二次侧电流也会较大，由于受现有的开关器件容量的限制就不可能制造出大容量的有源滤波器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷的大容量串联型有源电力滤波器，该滤波器不仅只需要检测单一频率电流即基波电流，响应稳定，而且能适用于高电压大电流工况。
为实现上述发明目的，一种大容量串联型有源电力滤波器，由基波电流检测单元、基波补偿电流发生单元和串联变压器组成；基波电流检测单元包括位于电网母线上的电流互感器，及与电流互感器输出端相连接的基波电流检测环节，基波电流检测单元从母线的畸变电流波形中检测出第一基波电流信号i1S；其特征在于：所述基波补偿电流发生单元由N个相同的基波补偿电流发生子单元构成，N≤500，基波补偿电流发生子单元的输入端与基波电流检测单元的输出端相连接，接收来自基波电流检测单元的第一基波电流信号i1S，N个基波补偿电流发生子单元均产生大小相等、相位相同，且与第一基波电流信号i1S反相位的基波补偿电流i2/N，自动跟踪第一基波电流信号i1S；所述基波补偿电流发生子单元的结构为：支路电流分配环节接收基波电流检测环节输出的第一基波电流信号i1S，产生第二基波电流信号i1S/N；反馈电流检测环节接收基波补偿电流i2/N的信号，产生反馈电流信号i1f，电流控制环节根据第二基波电流信号i1S/N和反馈电流信号i1f控制PWM控制及驱动环节，产生驱动指令驱动逆变器，再经开关频率滤波器，输出基波补偿电流i2/N；串联变压器的二次侧设有N个绕组，各绕组的匝数相等，几何尺寸相同，每个绕组与对应的基波补偿电流发生单元中的基波补偿电流发生子单元相连接，一次绕组串联在电网母线中，使串联变压器铁心中基波主磁通Φml≈0。
本发明保留了现有技术的优点，只需要从电网电流中检测出基波电流，利用补偿装置产生一个与检测到的基波电流频率相同、大小成比例的补偿电流，与现有的检测谐波电流、跟踪产生谐波电流相比，响应更稳定，更容易实现。
此外，本发明还具有下述二方面的优点：
(1)本发明在串联变压器二次侧设置N个绕组，每个绕组配置有一个补偿电流发生子单元，共N个子单元，这N个子单元发生的基波补偿电流大小相等(均为i2/N)，相位相同，但与一次侧电流中的基波反相位，从而能利用较低电压、较小电流的器件制作适用于高压、大电流工况下的串联型有源滤波器。
(2)本发明将串联变压器一次侧绕组串联在电网母线中，当在串联变压器二次侧N个绕组中都输入大小相等、相位相同的基波补偿电流i2/N时，可以使串联变压器铁心中基波主磁通近似为零，在一次侧AX端口对基波电流呈零阻抗(或很低阻抗)，从而滤波装置基波容量较小。由于它对谐波电流呈励磁阻抗(一个很大的阻抗)，从而阻止滤波电流窜入电网，因而装置的谐波容量也很小，综合起来，滤波装置容量较小。
附图说明
图1为本发明提供的滤波器的结构示意图；
图2为本发明滤波器与并联型无源滤波器联合使用的结构示意图；
图3为本发明滤波器的一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明所说的串联型有源滤波器，主要由三个单元组成：基波电流检测单元I、基波补偿电流发生单元II和串联变压器III。基波电流检测单元I包括位于电网母线1上的电流互感器2，及与电流互感器2输出端相连接的基波电流检测环节3。基波补偿电流发生单元II由N(N≤500)个相同的基波补偿电流发生子单元II’构成。串联变压器III，其二次侧设有N个绕组，每个绕组的匝数均为Wax，几何尺寸相同。
上述滤波器的工作原理为：
(1)电流传感器2将电网母线1的畸变电流i波形的信号送到基波电流检测环节3中，从畸变的电流波形中检测出其第一基波电流信号i1S，其中，电流i＝i1+∑in，式中i1为i中的基波电流；∑in为i中所有谐波电流之和。
(2)将从基波电流检测单元I中检测出的第一基波电流信号i1S，输送到基波补偿电流发生单元II中的每个基波补偿电流发生子单元II’中，每个子单元II’根据收到的第一基波电流信号i1S，产生基波补偿电流i2/N，并自动跟踪i1S；基波补偿电流发生子单元II’可以利用现有的电流跟踪技术来实现。
(3)将子单元II1’发生的基波补偿电流i2/N送到串联变压器的第1个二次绕组a1x1中，将子单元II2’发生的基波补偿电流i2/N送到串联器第2个二次绕组a2x2中；将子单元IIN’发生的基波补偿电流i2/N送到串联变压器第N个二次绕组中。
显然，输送到每个二次绕组的基波电流大小相等、相位相同，但与电网母线的基波电流i1反相位，使得铁心中一次侧、二次侧绕组基波磁动势基本平衡，
即
即  WAXi1+Waxi2≈0
从而，使串联变压器III铁心中基波主磁通Φml≈0
串联变压器III在电网侧基波压降UAX≈0
而对于n次谐波电流呈高阻抗ZAx(n)＝nZm(1)[Zm(1)为串联变压器(网侧)基波励磁阻抗]，因此串联变压器III阻止谐波电流窜入电力系统。
如图2所示，上述滤波器可以与并联型无源滤波器IV联合使用，构成串联混合型滤波器，亦可与并联型有源滤波器联合使用，构成混合型有源滤波器。
图1、图2所示的滤波器均是一种单相串联型有源滤波器，可以采用三套单相滤波器构成三相串联型有源滤波器。
图3为一个实施例，基波补偿电流发生子单元II’采用电流跟踪技术，具体包括五个环节：支路电流分配环节5、反馈电流检测环节7、电流控制环节8、PWM控制及驱动环节9和逆变器与开关频率滤波器10。图中6为谐波负载，逆变器与开关频率滤波器10包括逆变器4和开关频率滤波器Ld Cd。
电流传感器2将电网母线中畸变电流i波形的信号iS送到基波电流检测环节3中，将基波电流检测环节3输出的第一基波电流信号i1S输出到支路电流分配环节5，产生第二基波电流信号i1S/N；反馈电流检测环节7接收基波补偿电流i2/N的信号，产生反馈电流信号i1f，电流控制环节8根据i1S/N和i1f两个电流信号控制PWM控制及驱动环节9，产生驱动指令驱动逆变器4，再经开关频率滤波器Ld Cd滤除关频率，输出基波补偿电流i2/N。
图3中，TA2为电流传感器，属于反馈电流检测环节7。
本领域一般技术人员可以根据上述公开的内容采用多种具体方式对本发明加以实现。

Claims (1)

1、一种大容量串联型有源电力滤波器，由基波电流检测单元(I)、基波补偿电流发生单元(II)和串联变压器(III)组成；基波电流检测单元(I)包括位于电网母线(1)上的电流互感器(2)，及与电流互感器(2)输出端相连接的基波电流检测环节(3)，基波电流检测单元(I)从母线的畸变电流波形中检测出第一基波电流信号(i1S)；其特征在于：
所述基波补偿电流发生单元(II)由N个相同的基波补偿电流发生子单元(II’)构成，N≤500，基波补偿电流发生子单元(II’)的输入端与基波电流检测单元(I)的输出端相连接，接收来自基波电流检测单元(I)的第一基波电流信号(i1S)，N个基波补偿电流发生子单元(II’)均产生大小相等、相位相同，且与第一基波电流信号(i1S)反相位的基波补偿电流(i2/N)，自动跟踪第一基波电流信号(i1S)；所述基波补偿电流发生子单元(II’)的结构为：支路电流分配环节(5)接收基波电流检测环节(3)输出的第一基波电流信号(i1S)，产生第二基波电流信号(i1S/N)；反馈电流检测环节(7)接收基波补偿电流(i2/N)的信号，产生反馈电流信号(i1f)，电流控制环节(8)根据第二基波电流信号(i1S/N)和反馈电流信号(i1f)控制PWM控制及驱动环节(9)，产生驱动指令驱动逆变器(4)，再经开关频率滤波器，输出基波补偿电流(i2/N)；
串联变压器(III)的二次侧设有N个绕组，各绕组的匝数相等，几何尺寸相同，每个绕组与对应的基波补偿电流发生单元(II)中的基波补偿电流发生子单元(II’)相连接，一次绕组串联在电网母线(1)中，使串联变压器(III)铁心中基波主磁通Φml≈0。
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