CN201256294Y - 适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器 - Google Patents

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赵伟
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张爽
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Abstract

本实用新型公开了一种适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器，包括有源电力滤波器APF、双调谐无源滤波器PPF，所述有源电力滤波器的输出端接隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与由电容C1、电感L1串联成的基波串联谐振支路并联后与电容C2串接，再与双调谐无源滤波器PPF、非线性负载并联后接到电网中。本实用新型采用双调谐无源滤波器滤除电力机车引起的5次和7次主要特征谐波，整个注入支路滤除3次特征谐波，有源电力滤波器支路在补偿一定无功功率的同时，对余下谐波进行动态实时治理。两者联合使用，既可克服APF容量要求大、成本高的缺点，又可使整个滤波系统获得良好的性能。

Description

适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器
技术领域
本实用新型涉及一种单相有源电力滤波器，特别涉及一种适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器。
背景技术
随着我国市场经济的发展，传统的内燃机式机车已越来越不能满足市场的需求，电力机车运营成本可以降低30％～40％，因此越来越成为发展的方向。
但是，由于电铁电力机车是波动性很大的大功率单相整流负荷，对于三相对称的电力系统供电来说，电铁牵引负荷具有非线形、不对称和波动性的特点，将产生三相不平衡的谐波电流注入系统，并使电力系统电压波动，因此针对电力机车对电力系统的影响须有足够的重视并且采取应对措施。其中铁路谐波是电气化铁路引起的严重问题之一，并已对国民经济经造成了严重危害。
解决电网谐波污染的主要方法是加装谐波抑制装置。谐波抑制装置主要有无源电力滤波器或有源电力滤波器。在电网中加装无源电力滤波器(PPF)一直是传统补偿谐波的主要手段，其突出的优点是结构简单、运行可靠性高、运行费用低。但无源电力滤波器的滤波性能受电网频率、阻抗的影响较大。电网频率稍微偏离额定频率点，或电网阻抗的变化、滤波器元件的生产容差、老化或其它原因引起的参数偏离理想设计无源滤波器的滤波性能将大幅度下降。此外，无源滤波器是由大容量的电抗器和电容器组成，整机体积庞大，造价高。
有源电力滤波器APF作为一种能动态抑制谐波的电力电子装置更是广受关注。并出现了多种拓扑结构：单独型、多变流器混合型以及APF与PF混合型。由于大容量APF的成本相当高，而且自关断器件的容量有限，单独使用的APF仅适用于中低压、小功率系统。多变流器混合型APF的控制系统相当复杂和繁琐，而且成本更高，基本处于理论研究阶段，实用性不强。
APF与PF混合型主要有并联混合型有源电力滤波器和串联混合型有源电力滤波器。串联混合型有源电力滤波器具有可变阻抗性质，它对基波的阻抗为0，对谐波却呈现高阻抗，阻止谐波电流流入电网，而迫使谐波电流流入LC滤波器。这种结构方式中的有源电力滤波器也可同时抑制电网背景谐波电压对负载供电电压的影响，还可抑制电网与无源滤波器之间可能发生的串并联谐振。其缺点是：当负载电流中存在无源滤波器不能滤除的谐波时，由于有源滤波器强制这部分谐波流入无源滤波器，这将在负载端产生谐波电压。因此，对于这种结构方式，抑制负载谐波电流和抑制负载端谐波电压是不可调和。此外，由于有源滤波器串联在系统中，绝缘较困难，维修起来也很不方便。并且在正常工作时，注入变压器流过所有的负载电流，特别是在耦合变压器的二次侧，线路热损增加，滤波器结构也会很庞大，因此，串联型有源滤波器仅适用于低压、小功率场合。
并联混合型有源电力滤波器可以实现的功能最为丰富，可用于：①补偿谐波电流；②补偿无功，补偿的多少可以根据需要连续调节；③补偿三相不对称电流；④补偿负序电流；⑤以上任意项的组合。其缺点是由于电网基波电压直接或通过变压器加在逆变桥上，由于电力机车所用电压等级为27.5kv，传统的并联混合型有源滤波器是和被补偿的谐波负载并联在电网上的，受容量的限制难以承受如此高的电压，所以十分有必要研究能够适用于高电压等级兼具补偿一定无功的大功率混合型有源电力滤波器用于牵引配电网中。
实用新型内容
本实用新型的目的是，针对上述现有技术，提供一种适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器。这种适用于电气化铁路的新型单相注入式混合有源滤波器结构简单，并能治理牵引配电网中的谐波，同时能够补偿大容量的无功功率。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：单相注入式混合有源滤波器包括有源电力滤波器APF、双调谐无源滤波器PPF，所述有源电力滤波器APF的输出端接隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与由电容C1、电感L1串联成的基波串联谐振支路并联后与电容C2串接，再与双调谐无源滤波器PPF、非线性负载(电力机车)分别并联后接到电网中。
作为优选方案，上述双调谐无源滤波器，分别调谐在5次和7次谐波频率处；
作为优选方案，上述有源电力滤波器采用的是电压源型有源滤波器；
上述隔离变压器的原副边的匝数比为1:2；
上述基波串联谐振支路的谐振频率为电网基波频率。
本实用新型的有益效果是：1)基波串联谐振支路中的L1、C1在基波频率产生串联谐振，因此C2将承担大部分电网电压，有源电力滤波器主要承受谐波电压，因而有利于减小有源滤波器的容量，降低成本。2)电压源型有源滤波器输出的PWM波经电感L0和电容C0滤波后，波形即可满足要求，经变比为1:2的隔离变压器后输出，这样逆变器的直流侧电压不必很高就能适合于高电压等级条件下的谐波治理。3)电压源型有源滤波器的直流侧电压与交流电网额定电压之比较低，与传统的串联型或并联型混合有源电力滤波器相比有较大下降。
综上所述，本实用新型的双调谐无源滤波器滤除电力机车引起的3次和5次主要特征谐波，有源电力滤波器支路补偿一定的无功功率的同时，对谐波进行动态实时治理。两者联合使用，既可克服APF容量要求大、成本高的缺点，又可使整个滤波系统获得良好的性能。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1是本实用新型的电路连接示意图；
具体实施方式
参见图1，图1中，ZS为电网自身的阻抗，L1、C1串联连接成基波串联谐振支路，且选取适当的L1、C1(满足ω2L1C1＝1)使其在基波频率处产生串联谐振，因此C2将承担大部分电网电压，有源滤波器承受较小的谐波电压；有源滤波器通过隔离变压器与基波串联谐振支路并联，电容C2和上述并联支路串联后接入交流电网。有源滤波器选用的是电压源型有源滤波器，其直流侧储能元件为大电容。电压源型有源滤波器输出的PWM电压波经电感L0和电容C0滤除后接至隔离变压器的原边，隔离变压器的原副边的匝数比为1:2，双调谐无源滤波器、视作非线性负载的电力机车并联后经电感L2接到电网中。双调谐无源滤波器分别调谐在5次和7次谐波频率处，整个注入支路调谐在3次谐波频率处，分别用以滤除非线性负载(电力机车)引起的3个特征谐波。

Claims (5)

1、一种适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器，包括有源电力滤波器APF、双调谐无源滤波器PPF，其特征在于，所述有源电力滤波器APF的输出端接隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与由电容C1、电感L1串联成的基波串联谐振支路并联后与电容C2串接，再与双调谐无源滤波器PPF、非线性负载分别并联后接到电网中。
2、根据权利要求1所述适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器，其特征在于，所述双调谐无源滤波器分别调谐在5次和7次谐波频率处。
3、根据权利要求1所述适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器，其特征在于，所述有源电力滤波器采用的是电压源型有源滤波器。
4、根据权利要求1所述适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器，其特征在于，所述隔离变压器的原副边的匝数比为1:2。
5、根据权利要求1-4之一所述适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器，其特征在于，所述基波串联谐振支路的谐振频率为电网基波频率。
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