CN201498992U - 一种用于母线连接时的滤波器连接电路 - Google Patents

一种用于母线连接时的滤波器连接电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型具体涉及通过母联断路器连接的两条400V母线向非线性负载供电时谐波治理电路，为了解决谐波电流超标、谐波穿行、谐波放大等问题，本实用新型提供了一种用于母线连接时的滤波器连接电路，该电路主要包括：无源滤波器、非线性负载、电源母线、有源电力滤波器，电源母线向负载供电，无源滤波器并联在电源母线的负载侧，电源母线为两条且通过母联断路器连接，每条电源母线上都安装有三单相结构的有源电力滤波器，并与无源滤波器并联，从而达到抑制电网谐波、改善电网供电质量，补偿电流并注入电网抵消谐波电流，使电网的实际电流不含有谐波的效果。

Description

一种用于母线连接时的滤波器连接电路
技术领域：
本实用新型属于电力系统的电能质量改善领域，具体涉及通过母联断路器连接的两条400V母线向非线性负载供电时的谐波治理电路。
背景技术：
在电力系统中，谐波电流是完全按照网络的谐波阻抗分配的。当谐波电流中包含多次谐波时，并联的滤波器支路通常会比较多。由于制造技术等原因，各滤波支路的谐振点和谐振阻抗会有差异，因此，有的滤波支路的电流过大，而有的滤波支路吸收的谐波电流偏小。
当两条均向非线性负载供电的母线通过母联断路器连接且要求母联合闸运行时，系统电源受到严重的谐波污染，电能质量不能满足用户要求，联络线上有大量谐波电流，且存在谐波放大、馈线上非线性负载就地补偿的无源滤波器过载的风险。为了滤除这些谐波，现有系统采用的方案是在非线性负载侧并联自动投切的滤波器；但是实测发现，这种滤波方案的谐波电流吸收率比较低，谐波电流超标，电能质量不能得到有效改善。
采用无源滤波器的分散补偿方式连接图如图1所示，虽然能降低系统电源中的谐波，但由于同一条母线上有多条滤波支路，会存在谐波电流大范围流动和滤波支路的过载问题。如果过载时间较长，会导致滤波器逐步损坏；在多个滤波支路投退时，谐波电流会重新按阻抗进行分配，在400V的母线、联络线上及各条馈线之间会出现大范围的谐波穿行现象，加大系统谐波损耗，并会诱发保护、通讯等自动化设备的误动、拒动或故障。
采用无源滤波器集中补偿方式的连接图如图2所示，与分散补偿方式相比，该方式可以避免在滤波支路投退过程中各条馈线之间的谐波穿行现象的发生，但对母线及联络线上谐波流动的抑制作用仍然很弱。集中补偿方式下的无源滤波器仍然包含多条滤波支路，因此也不能有效解决滤波支路过载的问题。另外，采用集中补偿方式可能会产生过补偿，给系统注入过量的无功，造成电网的运行电压过高、电压波动率过大，对整个电网系统造成不良影响。
实用新型内容：
为了上解决上述谐波电流超标、谐波穿行、谐波放大等问题，达到抑制电网谐波、改善电网供电质量，补偿电流并抵消谐波电流的效果，本实用新型提供了一种用于母线连接时的滤波器连接电路，该电路主要包括：无源滤波器、非线性负载、电源母线、有源电力滤波器，所述电源母线向非线性负载供电，所述无源滤波器并联在电源母线的负载侧，其特征在于：所述电源母线为两条且通过母联断路器连接，每条电源母线上都安装有有源电力滤波器。
本实用新型的一个优选技术方案为：所述一种用于母线连接时的滤波器连接电路中的有源电力滤波器采用单相有源电力滤波器。
本实用新型的一个优选技术方案为：所述一种用于母线连接时的滤波器连接电路中的有源电力滤波器为三单相结构有源电力滤波器。
本实用新型的一个较优选的技术方案为：所述一种用于母线连接时的滤波器连接电路中的有源电力滤波器与无源滤波器并联。
本实用新型的一个优选技术方案为：所述一种用于母线连接时的滤波器连接电路中的电源母线为三相三线系统时，所述有源电力滤波器可采用三相三线制结构。
本实用新型的一个优选技术方案是：所述一种用于母线连接时的滤波器连接电路中的电源母线为三相四线系统时，所述有源电力滤波器可采用三相四线制结构。
本实用新型的一个优选技术方案是：所述一种用于母线连接时的滤波器连接电路中的有源电力滤波器可采用电容器中点型三相四线制有源电力滤波器.
本实用新型的一个优选技术方案是：所述一种用于母线连接时的滤波器连接电路中的有源电力滤波器可采用四极型三相四线制有源电力滤波器。
本实用新型有益效果：
1、大幅度提高了谐波电流吸收率，电网电流中谐波含量不超标，保证了供电质量。
2、大幅度降低了变压器负载电流中的谐波成分，降低了变压器涡流损耗、铁芯损耗及变压器发热。
3、联络线电流中几乎不含谐波成分，降低了线路损耗。
4、有源电力滤波器(APF)运行方式各自独立，增加了运行的灵活性和可用性。
5、降低了谐波放大和谐振的风险；降低了滤波支路过流风险。
6、设备所占安装体积得到充分利用。
7、仅测量400V进线和联络线上的电流，从二者差值中提取谐波电流作为有源电力滤波器参考电流，既减少了安装传感器的数量，也减少了信号的数量，降低了由于信号时间差所造成的参考信号的不准确程度，改善了谐波补偿效果。
8、将交直流侧瞬时功率平衡原理应用于单相有源电力滤波器的设计中，并以此为依据求得有源电力滤波器有功电流的幅值。
9、利用锁相环求得有功电流的相位量。使得当系统频率发生变化时，有源电力滤波器仍能保持较好的谐波补偿效果，保证了优良的有源电力滤波器动态性能。
10、有源电力滤波器与无源滤波器并联结构不仅满足了系统谐波补偿的要求，也满足了无功功率的补偿要求，同时减小了有源电力滤波器容量，降低了对开关器件的要求，降低了设备造价，提高了经济性。
附图说明：
图1无源滤波器的分散补偿方式连接图；
图2无源滤波器的集中补偿方式连接图；
图3本实用新型有源电力滤波器滤波方案示意图；
图4本实用新型采用三相三线有源滤波器全桥拓扑主电路结构；
图5本实用新型采用三相三线有源滤波器四开关拓扑主电路结构；
图6本实用新型采用电容器中点型三相四线制有源滤波器主电路结构；
图7本实用新型采用四极型三相四线制有源滤波器主电路结构。
具体实施方式：
实施例1
由于有源电力滤波器(APF)具有抑制谐波、改善电能质量的优良特性，本实用新型据此提供了一种用于母线连接时的滤波器连接电路，该电路主要包括：有源电力滤波器5、非线性负载2、电源母线1，电源母线1为两条且通过母联断路器4连接分别向非线性负载供电，在每条电源母线上都并联有有源电力滤波器5来补偿相应母线1上产生的谐波电流，从而大幅度降低电网电流的谐波含量。
本实用新型提出在两条母线上并联有源电力滤波器(APF)来滤除非线性负载谐波电流的方法，如图3所示。APFI用来补偿谐波源I产生的谐波电流，APFII补偿谐波源II产生的谐波电流。非线性负载产生的谐波电流绝大部分被有源电力滤波器吸收，流过联络线的谐波电流近似为零。当谐波电流发生跳变时，有源电力滤波器能快速响应补偿新的谐波电流，从而不会产生谐波电流的大范围流动现象，从根本上消除系统的安全隐患。
实施例2
在实施例1的基础上，本实用新型还提出了在400V母线上投入无源滤波器3，即有源电力滤波器5与无源滤波器3并联结构。无源滤波器既可以滤除一部分低次谐波，也可以为系统注入无功功率，有利于减小有源电力滤波器容量，降低对开关器件的要求，降低设备造价，提高经济性。
实施例3
在实施例1的基础上，对于没有中线的三相负载，本实用新型采用三相三线制结构的有源滤波器补偿非线性负荷的谐波电流。三相三线制有源电力滤波器的拓扑分为全桥拓扑和四开关拓扑，如图4和图5所示。
实施例4
在实施例1的基础上，本实用新型采用三相四线制有源电力滤波器。对于三相四线制负荷，即存在中线的负荷，因其三相电流之和可能不为零，即存在零序电流。零序电流中既可能有零序基波分量，也可能含有零序谐波分量，此时采用三相三线制主电路的有源电力滤波器无法消除线路中的零序基波电流和谐波电流。而采用三相四线制有源电力滤波器不仅可以消除三相线电流中的正序谐波分量和负序谐波分量，还可以消除三相线电流中的零序谐波分量。
三相四线制有源电力滤波器的主电路有三相变流器(又称为电容中点型三相四线制有源滤波器，即三桥臂拓扑)和四相变流器(又称为四极型三相四线制有源滤波器，即四桥臂拓扑)两种不同的方式。采用三桥臂拓扑时如图6所示，三相电源的零线与直流侧母线中点相连给零线电流提供通道；补偿电流中正序、负序分量不会流入零线，而在流经直流侧时，会同时影响两个电容上的电压，因此需要平衡两电容电压；补偿后，中线电流大大减小。采用四桥臂拓扑时如图7所示，四桥臂有源电力滤波器专门用一对桥臂进行零线电流补偿，直流侧只需要一个电容，省去了三桥臂拓扑中电容均压问题。
实施例5
在实施例1的基础上，本实用新型采用三单相结构并联电压型有源电力滤波器来补偿三相的谐波电流。有源电力滤波器的控制主要由谐波信号的检测和补偿分量的产生两大部分组成。
谐波检测环节是将互感器测得的谐波电流经过预处理、采样保持、A/D转换和微处理器等环节的处理后向有源电力滤波器提供需要补偿谐波的参考值。在求取参考电流时，通常将各个非线性负载的谐波电流相加来得到，这就需要在各条馈线及负载处加装传感器，而且由于电流信号之间存在的时间差，叠加后影响参考信号的准确度，影响有源电力滤波器的滤波效果。而本实用新型电路仅测量400V进线和联络线上的电流，从二者差值中提取谐波电流作为有源电力滤波器参考电流，既减少了安装传感器的数量，也减少了信号的数量，降低了由于信号时间差所造成的参考信号的不准确程度，有利于改善有源电力滤波器的谐波补偿效果。
在补偿电流产生环节中采用三角载波控制，将有源电力滤波器的补偿电流与谐波检测环节所提供的参考电流进行比较，通过比例积分环节后成为调制信号，与三角波发生电路产生的作为载波信号的三角波进行比较，获得驱动有源电力滤波器逆变器的驱动脉冲。其中，逆变器采用单极性PWM控制方式。
本实用新型基于有源电力滤波器交直流侧瞬时功率平衡原理，建立了单相有源电力滤波器直流侧电压闭环动态数学模型，求得有源电力滤波器有功电流的幅值。在求取有功电流的相位时，本实用新型采用锁相环实现，有效控制了直流侧电容电压，使得在系统频率发生变化时，有源电力滤波器仍能保持较好的谐波补偿效果，保证了优良的有源电力滤波器动态性能。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限定，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所述领域技术应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于母线连接时的滤波器连接电路，该电路主要包括：无源滤波器(3)、非线性负载(2)、电源母线(1)、有源电力滤波器(5)，所述电源母线(1)向非线性负载(2)供电，所述无源滤波器(3)并联在电源母线(1)的负载侧，其特征在于：所述电源母线(1)为两条且通过母联断路器(4)连接，每条电源母线上都安装有有源电力滤波器(5)。
2.如权利要求1所述的一种用于母线连接时的滤波器连接电路，其特征在于：所述有源电力滤波器(5)采用单相有源电力滤波器。
3.如权利要求1所述的一种用于母线连接时的滤波器连接电路，其特征在于：所述有源电力滤波器(5)为三单相结构的有源电力滤波器。
4.如权利要求2或3所述的一种用于母线连接时的滤波器连接电路，其特征在于：所述有源电力滤波器(5)与无源滤波器(3)并联。
5.如权利要求1所述的一种用于母线连接时的滤波器连接电路，其特征在于：所述电源母线(1)为三相三线系统时，所述有源电力滤波器(5)可采用三相三线制结构。
6.如权利要求1所述的一种用于母线连接时的滤波器连接电路，其特征在于：所述电源母线(1)为三相四线系统时，所述有源电力滤波器(5)可采用三相四线制结构。
7.如权利要求6所述的一种用于母线连接时的滤波器连接电路，其特征在于：所述有源电力滤波器(5)可采用电容器中点型三相四线制有源电力滤波器。
8.如权利要求6所述的一种用于母线连接时的滤波器连接电路，其特征在于：所述有源电力滤波器(5)可采用四极型三相四线制有源电力滤波器。
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