CN201417949Y - 混合型有源滤波器 - Google Patents

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杨东廷
孙国栋
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    • Y02E40/20—Active power filtering [APF]

Abstract

本实用新型涉及一种混合型有源滤波器，包括有源滤波器APF和无源滤波器PF。本实用新型把有源滤波器和无源滤波器接合起来，利用无源滤波器滤除含量较大，幅值固定的低次谐波，利用有源滤波器滤除其它的，幅值和相位都在变化的高次谐波。本实用新型既完美滤除谐波，还能补偿一定量的无功；本装置克服无源滤波器易受电网阻抗影响，易与电网阻抗发生谐振的缺点；有源滤波器不承受电网交流电源的基波电压，装置容量小；有源滤波装置、无源滤波装置混合使用，充分发挥无源和有源的各自优点，使成套装置的补偿容量大、电压等级高，成本低、性能好。

Description

混合型有源滤波器
技术领域
本实用新型涉及一种电力有源滤波器，具体地说是一种混合型有源滤波器。
背景技术
近年来，谐波污染是电能质量中较为突出的问题，谐波的有效治理对电力系统和电力用户具有重要的意义。对于高电压、大容量谐波源，目前市场上主要采用LC无源滤波器(PassiveFilter，PF)进行补偿，尽管它具有初期投资小、结构简单等优点，但其滤波性能对系统阻抗、频率等参数变化要求极其敏感，难以达到预期的滤波效果。有源电力滤波器(Active PowerFilter，APF)虽然能克服PF存在的缺陷，但其安装容量则受开关器件水平的限制。将PF和APF相结合组成的混合型有源电力滤波器(Hy-brid Active Power Filter，HAPF)则可以弥补两者的不足，降低谐波补偿系统的初期投资，提高性价比，并实现了APF实用化及抑制谐波的目的。
混合型常见结构有3种：并联型APF与PF并联、APF与并联的PF串联、串联型APF与PF并联。在并联型APF与PF并联的结构中，APF补偿PF作用后残余的谐波电流，由于PF可滤除大部分谐波，因此所需的APF容量较小。但是电源与APF及APF与PF之间存在着谐波通道，特别是APF与PF之间的谐波通道很可能使APF的谐波电流流入PF及电网中其他节点连接的滤波电容中。由于大型供配电站通常希望在滤除谐波的同时进行无功功率补偿。采用并联型APF与PF串联的结构在变压器的耦合作用下，使基波无功电流流过APF。这样就增大了APF的容量，同时也必然增大实现变流器的技术难度和成本，从而限制了APF在大型变电站的应用。在串联型APF与PF并联的结构中，谐波基本由PF补偿，APF可视为一个可变阻抗，对基波的阻抗为0。对谐波呈现高阻抗，阻止谐波电流流入电网，同时还能抑制电网与PF可能产生的谐振，改善了PF的滤波特性，但其结构不易安装。
发明内容
本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种混合型有源滤波器，其可以既补偿谐波，又补偿无功；克服L-C滤波器易受电网阻抗影响，易与电网阻抗发生谐振的缺点；有源滤波器不承受电网交流电源的基波电压，装置容量小；有源、无源混合使用，充分发挥无源和有源的各自优点，使成套装置容量大、成本低、性能好。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种混合型有源滤波器，包括有源滤波器和无源滤波器，所述有源滤波器和无源滤波器的一次电路的开关分别与扩展器连接，扩展器分别与控制器和测量电路连接，测量电路分别与控制器和电网连接，控制器与驱动电路连接，驱动电路分别与有源滤波器和无源滤波器连接。
有源滤波器与基波谐振电路并联，源滤波器和无源滤波器串联，无源滤波器与电网连接，或者源滤波器和无源滤波器串联后均与电网连接。
所述无源滤波器与电网的每一相连接，每一相滤波支路均设有5次滤波器、7次滤波器和高通滤波器。
所述有源滤波器的主电路采用电力MOSFET模块构成自换相桥式电路，即逆变电路。大大降低了成本。
所述有源滤波器的主电路部分的电力MOSFET模块可由IGBT模块或IGCT模块或IPM模块替换。
所述有源滤波器中的逆变电路与无源滤波的连接采用平波电抗器。消除了两者之间的本身性能的影响。
所述控制器的硬件结构采用TMS320F2812+CPLD组合。
所述驱动电路与电力MOSFET模块均采用光纤触发方式。
所述扩展器的前端与无源滤波装置和有源滤波装置的一次开关的辅助触点联接，后端与控制器联接，所有的开关量均通过扩展器接入控制器。
本实用新型的TMS320F2812、CPLD和驱动电路均为现有模块，在此不再赘述。
一种混合型有源滤波器，包括有源滤波器和无源滤波器，所述有源滤波器和无源滤波器串联后与电网连接。
一次系统部分，有源滤波和基波谐振电路并联，基波谐振电路滤除基波无功电流，大大提高了有源滤波输出容量，基波谐振电路的参数设计要与有源滤波准确匹配，这是我公司特有的设计方法。
无源滤波部分能滤除大部分谐波，其余的谐波由有源滤波来滤除，装置的性能与相同容量的有源滤波效果相仿，但成本大大降低了。无源滤波部分还能向电网中提供无功。谐波冶理与无功补偿做到一体化。
二次系统部分，控制器的结构采用了DSP+CPLD组合，主要是为了提高对信号的处理速度。为了提高控制器的可靠性，二次部分采用了扩展器，开关量的控制全由扩展器来管理，一是分担了控制器的控制量，增强控制器的性能。二是避免开关量对控制器的干扰。装置的二次部分采用了闭环控制结构。装置采用了扩展器，监测装置的开关量，能与其它装置兼容。
驱动电路部分，采用了光纤触发逆变电路的方式，把强电和弱电分开，增强了抗干扰性能，对于无源部分的控制，采用了PWM波触发晶闸管的方式，实现了过零投切的方式
附图说明
图1是本实用新型二次原理图；
图2是本实用新型一次原理图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。
一种混合型有源滤波器，包括有源滤波器和无源滤波器，所述有源滤波器和无源滤波器的一次电路的开关分别与扩展器连接，扩展器分别与控制器和测量电路连接，测量电路分别与控制器和电网连接，控制器与驱动电路连接，驱动电路分别与有源滤波器和无源滤波器连接。
扩展器的使用，一是降低了控制器的工作量，二是增强了控制器抗干扰性能.
所述有源滤波器与基波谐振电路并联，滤除了基波无功电流，提高了有源滤波的输出容量；源滤波器和无源滤波器串联，无源滤波器与电网连接，或者源滤波器和无源滤波器串联后均与电网连接。
所述无源滤波器与电网的每一相连接，每一相滤波支路设有所述无源滤波器与电网的每一相连接，每一相滤波支路设有5次滤波器、7次滤波器和高通滤波器。
所述有源滤波器的主电路采用电力MOSFET模块构成自换相桥式电路，即逆变电路，大大降低了成本。
所述有源滤波器中的逆变电路与无源滤波的连接采用平波电抗器，消除了两者之间的本身性能的影响。
所述控制器的硬件结构采用TMS320F2812+CPLD组合，提高了数据处理的能力。
所述驱动电路与电力MOSFET模块均采用光纤触发方式。
所述扩展器的前端与无源滤波装置和有源滤波装置的一次开关的辅助触点联接，后端与控制器联接，所有的开关量均通过扩展器接入控制器。
本实用新型的TMS320F2812、CPLD和驱动电路均为现有模块，在此不再赘述。
本实用新型把有源滤波和无源滤波接合起来，充分发挥二者的优势，达到谐波冶理的目的。有源滤波和无源滤波串联接接入电网，得用无源滤波滤除量大的低次谐波，利用有源滤波滤除其它的高次谐波，最后达到谐波冶理的效果。
有源滤波通过无源滤波接入电网，能大大提高有源滤波的耐压性，使有源滤波部分的性能大大提高，这样就可以使有源滤波部分容量做的很小，逆变电路就可以采用电力MOSFET模块，进一步降低装置的成本。
与有源滤波并联的基波谐振电路，能滤除基波的无功，基波的无功不再通过有源滤波器，这样大大提高了有源滤波的输出容量，提高谐波冶理的效果。
有源滤波和无源滤波统一控制，具备三相分补和共补的功能，能抑制三相不平衡和电压的波动和闪变。
装置的二次部分由控制器，测量电路，扩展器，光纤和驱动电路组成。控制器采用了DSP+CPLD组合方式，这种结构能大大提升控制器的信号处理量和处理速度。
测量电路可通过电网上的PT，CT的二次端采集电压电流信号，测量电路对电压电流信号做高速的计算，计算出电网中的谐波含量，然后把信号传输到控制器，控制器通过此数据控制无源滤波和有源滤波，统一控制，协调工作，达到冶理谐波的目的。

Claims (9)

1.一种混合型有源滤波器，包括有源滤波器和无源滤波器，其特征在于：所述有源滤波器和无源滤波器的一次电路的开关分别与扩展器连接，扩展器分别与控制器和测量电路连接，测量电路分别与控制器和电网连接，控制器与驱动电路连接，驱动电路分别与有源滤波器和无源滤波器连接。
2.根据权利要求1所述的混合型有源滤波器，其特征在于：有源滤波器与基波谐振电路并联，源滤波器和无源滤波器串联，无源滤波器与电网连接，或者源滤波器和无源滤波器串联后均与电网连接。
3.根据权利要求1或2所述的混合型有源滤波器，其特征在于：所述无源滤波器与电网的每一相连接，每一相滤波支路均设有5次滤波器、7次滤波器和高通滤波器。
4.根据权利要求1所述的混合型有源滤波器，其特征在于：所述有源滤波器的主电路采用电力MOSFET模块构成自换相桥式电路，即逆变电路。
5.根据权利要求4所述的混合型有源滤波器，其特征在于：所述有源滤波器的主电路部分的电力MOSFET模块可由IGBT模块或IGCT模块或IPM模块替换。
6.根据权利要求1所述的混合型有源滤波器，其特征在于：所述有源滤波器中的逆变电路与无源滤波的连接采用平波电抗器。
7.根据权利要求1所述的混合型有源滤波器，其特征在于：所述控制器的硬件结构采用TMS320F2812+CPLD组合。
8.根据权利要求1或6所述的混合型有源滤波器，其特征在于：所述驱动电路与电力MOSFET模块均采用光纤触发方式。
9.根据权利要求1所述的混合型有源滤波器，其特征在于：所述扩展器的前端与无源滤波装置和有源滤波装置的一次开关的辅助触点联接，后端与控制器联接，所有的开关量均通过扩展器接入控制器。
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