CN201629576U - 带有睡眠功能的有源电力滤波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种带有睡眠功能的有源电力滤波装置，包括桥式变流器、电解电容器、电抗器、控制和运算电路、数据采集电路、电流互感器和电压霍尔传感器，其中电流互感器和电压霍尔传感器的一次线分别连接在电网母线上，电流互感器和电压霍尔传感器的二次线分别通过数据采集电路连接到控制和运算电路的输入端，电抗器的一端接在电网母线上，电抗器的另一端分别接数据采集电路和桥式变流器的输入端，桥式变流器的控制端接控制和运算电路的控制端，电解电容器并联于变流器的正负极母线间，电解电容器的正极接数据采集电路的输入端。本实用新型补偿谐波和无功功率，改善电能质量，同时降低自身损耗。

Description

带有睡眠功能的有源电力滤波装置

技术领域

本实用新型涉及一种带有睡眠功能的有源电力滤波装置，属于改善电能质量的电力滤波领域。

背景技术

随着电力电子技术的广泛应用和发展，电力系统中的非线性负载日益增多，如整流器、变频器、UPS、家用电器及计算机等。这些非线性负载会产生谐波电流并注入到电网中，使电网中的电压波形产生畸变，从而造成电网的谐波污染。另外，冲击性、波动性负载，如电弧炉、焊接设备等在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日益严重，危害电网的安全运行。

针对谐波污染传统方法是采用LC滤波装置。但这种方法的主要缺陷是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定次谐波，补偿效果不理想。

在电力系统网络中不仅大多数负荷要消耗无功功率，而且大多数各级变压器、线路电抗等网络组件也要消耗无功功率。电力系统中网络组件和负荷需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。如果这些所需要的无功功率由发电机提供并经过长距离输送，显然是不合理的，通常也是不可能的；如果这些所需要的无功功率不能及时得到补偿，电力系统的安全运行以及用电设备的安全就会受到影响。因此，无功功率补偿对电力系统有着重要意义。

目前普遍的无功补偿装置是并联电容器。但是并联电容器组是离散量，无法做无功功率的连续补偿，而且在系统中存在谐波时，还有可能发生并联谐振，使谐波放大，电容器因此烧毁的事故也时有发生。

谐波问题和无功功率问题时电力系统和电力用户的两个重要问题。另外，电压波动、闪变、三相不平衡等电力系统常见问题危害电网的安全运行，给电力用户造成直接的经济损失。有源滤波器既可以动态抑制谐波，又能够实现动态无功补偿，还可以抑制电压波动、电压闪变和三相不平衡，并且可以有效实时的抑制电网各次谐波电流，不受系统运行方式和谐波电流变化的影响，不会与电网发生串并联谐振，因此成为电能质量发展的新方向。

但有源滤波器也存在功率模块在高速开关时自身损耗较大，发热严重等问题。

实用新型内容

本实用新型目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种带有睡眠功能的有源滤波及无功补偿装置，可以补偿谐波和无功功率，改善电能质量，同时降低自身损耗。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：

本实用新型带有睡眠功能的有源电力滤波装置，其特征在于：包括桥式变流器、电解电容器、电抗器、控制和运算电路、数据采集电路、电流互感器和电压霍尔传感器，其中电流互感器和电压霍尔传感器的一次线分别连接在电网母线上，电流互感器和电压霍尔传感器的二次线分别通过数据采集电路连接到控制和运算电路的输入端，电抗器的一端接在电网母线上，电抗器的另一端分别接数据采集电路和桥式变流器的输入端，桥式变流器的控制端接控制和运算电路的控制端，电解电容器并联于变流器的正负极母线间，电解电容器的正极接数据采集电路的输入端。

本实用新型的有益效果是：

1、加入sleep功能，能在不影响补偿效果的情况下有效的降低自身损耗，减少发热。

2、可检测系统电流，分离出其基波和无功成分，输出与系统谐波和无功成分反相的电流，从而达到滤除谐波补偿无功的目的。

3、有源滤波器补偿后系统电流的THD(电流谐波总畸变率)小于5％，补偿后系统功率因数大于0.99，显示本装置投入电网时三相电网电流变化的动态过程，其响应时间小于125us，并且过渡过程平稳可靠，优于传统的控制方法。

4、可以动态实时的滤除配电网中2到60次谐波，可瞬时连续吞吐系统无功功率，提高电能质量，保证电力用户用电安全，节约能源，带来直接的经济社会效益。

附图说明

图1是本实用新型的结构连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明：

如图1，本实用新型由电流互感器6、电压霍尔传感器7、电解电容器2、8只绝缘栅双极型功率管和续流二极管构成的四桥臂H结构组成桥式变流器1、电抗器3、数据采集5及控制和运算电路4构成。由电解电容器2组成变流器1的直流侧，变流器1由直流电容器2组供电，变流器1通过PI控制方法调节直流电容两端2电压。一般来说直流电压越高，可补偿的谐波次数越高，本装置选取850V作为直流侧电压。电解电容器2与变流器1的正负母线并联；再与电抗器3串连，构成装置主电路并联在电网母线上。电流互感器6和电压霍尔传感器7的二次线连接在数据采集5和控制电路4上，一次侧连接在电网母线上。变流器1作为主要执行部件，各桥臂通过PWM控制策略将直流电压脉冲加在电抗器3上，从而得到补偿电流。

所述的带有sleep功能的有源滤波装置，其特征在于：所述桥式变流器1由四个结构相同的桥式电路和正负极母线构成，每个桥式电路都包括二个绝缘栅双极型功率管和二个续流二极管，其中第一绝缘栅双极型功率管的漏极分别接第一续流二极管的阴极和正极母线，第一绝缘栅双极型功率管的源极分别接第一续流二极管的阳极、第二绝缘栅双极型功率管的漏极、第二续流二极管的阴极和电抗器3的另一端，第二绝缘栅双极型功率管的源极分别接第二续流二极管的阳极和负极母线，第一、第二绝缘栅双极型功率管的栅极分别接控制和运算电路4的控制端，正极母线串接电感后接电解电容器2的正极，电感两端并联开关。

本装置的PWM控制策略采用Deadbeat(无差拍)控制算法，这种方法计算量较大，但其开关频率固定、动态响应快的特点十分适用于并网逆变器的数字控制。其硬件基础是高性能的双DSP(数字信号处理器)。与模拟控制相比，数字化控制具有控制灵活、易改变控制算法和硬件调试方便等优点。这种方法的原理是在每一个开关周期的开始时刻，采样逆变器并网侧产生的电流i，并且预测出下一周期开始时刻逆变器并网侧的电流参考值j，由差值j-i计算出开关器件的开关时间，使i在下一周期开始时刻等于j，根据该值得出需要的占空比，进而计算出脉冲宽度。并且在程序中加入sleep功能，在需补偿电流较小的情况能自动判断，停止补偿，降低了损耗，减少了发热，延长装置寿命，提高经济效益。

Claims (2)

1.一种带有睡眠功能的有源电力滤波装置，其特征在于：包括桥式变流器(1)、电解电容器(2)、电抗器(3)、控制和运算电路(4)、数据采集电路(5)、电流互感器(6)和电压霍尔传感器(7)，其中电流互感器(6)和电压霍尔传感器(7)的一次线分别连接在电网母线上，电流互感器(6)和电压霍尔传感器(7)的二次线分别通过数据采集电路(5)连接到控制和运算电路(4)的输入端，电抗器(3)的一端接在电网母线上，电抗器(3)的另一端分别接数据采集电路(5)和桥式变流器(1)的输入端，桥式变流器(1)的控制端接控制和运算电路(4)的控制端，电解电容器(2)并联于变流器(1)的正负极母线间，电解电容器(2)的正极接数据采集电路(5)的输入端。

2.根据权利要求1所述的带有睡眠功能的有源滤波装置，其特征在于：所述桥式变流器(1)由四个结构相同的桥式电路和正负极母线构成，每个桥式电路都包括二个绝缘栅双极型功率管和二个续流二极管，其中第一绝缘栅双极型功率管的漏极分别接第一续流二极管的阴极和正极母线，第一绝缘栅双极型功率管的源极分别接第一续流二极管的阳极、第二绝缘栅双极型功率管的漏极、第二续流二极管的阴极和电抗器(3)的另一端，第二绝缘栅双极型功率管的源极分别接第二续流二极管的阳极和负极母线，第一、第二绝缘栅双极型功率管的栅极分别接控制和运算电路(4)的控制端，正极母线串接电感后接电解电容器(2)的正极，电感两端并联开关。

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