CN204304435U - 一种有源滤波器 - Google Patents

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唐德炜
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Abstract

本实用新型公开了一种有源滤波器，其包括直流电源、逆变器、滤波器和控制器。所述控制器包括电流检测器、电流谐波基波成分计算装置、谐波电流补偿控制器和基波电流补偿控制器。与现有技术相比，本实用新型的有源滤波器通过将电流的基波成分和谐波成分分离，并分别进行失真检测，针对基波成分和谐波成分在电流幅值和频率的特点分别控制逆变器和滤波器进行滤波补偿，从而有效的补偿基波成分和谐波成分失真，进一步提高电流谐波信号的滤波效率，进一步改善功率因子。

Description

一种有源滤波器
技术领域
本实用新型涉及电力补偿装置，特别涉及一种有源滤波器。
背景技术
有源电力滤波器（Active Power Filter，简称APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。现有的有源电力滤波器仅仅对电力线上的基波信号进行滤波处理，电力线上的电流谐波信号因为波幅小、频率高，未能进行有效的补偿，从而使得现有的有源电力滤波器滤波效率低，功率因子仍然难以有效改善。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种有源滤波器，以提高电流谐波信号的滤波效率，进一步改善功率因子。
为解决上述问题，本实用新型提供了以下技术方案：
本实用新型提供了一种有源滤波器，其特征在于，所述有源滤波器包括直流电源、与所述直流电源耦合的逆变器、耦合于所述逆变器和三相电缆之间的滤波器和控制器，所述逆变器包括四路逆变单元，所述滤波器包括三路滤波单元，所述四路逆变单元的其中三路逆变单元分别与所述三路滤波单元相连，其第四路逆变单元与所述三路滤波单元相连；所述三相电缆上设置了一组电流感应器；所述控制器包括电流检测器、电流谐波基波成分计算装置、谐波电流补偿控制器和基波电流补偿控制器，所述电流检测器与所述电流感应器相连，用于产生表示所述三相电缆上电流的电流检测信号；所述电流谐波基波成分计算装置与所述电流检测器相连，所述电流谐波基波成分计算装置根据所述电流检测信号计算所述三相电缆的电流的基波成分和谐波成分；所述谐波电流补偿控制器的输入接口与所述电流谐波基波成分计算装置相连，所述谐波电流补偿控制器的输出接口分别与所述逆变器和所述滤波器相连，所述谐波电流补偿控制器根据所述电流谐波成分控制所述逆变器和所述滤波器；所述基波电流补偿控制器的输入接口与所述电流谐波基波成分计算装置相连，所述基波电流补偿控制器的输出接口与所述逆变器相连，所述基波电流补偿控制器根据所述电流基波成分控制所述逆变器。
在一个实施例中，所述三路滤波单元的每一路滤波单元包括电感和一对电容，其中，所述一对电容包括第一电容和第二电容，所述第一电容的电容值大于所述第二电容的电容值，所述第一电容与开关串联以后组成的电路与所述第二电容并联。
在一个实施例中，所述谐波电流补偿控制器的输出接口与所述开关相连。
在一个实施例中，所述四路逆变单元的每一个逆变单元包括与所述直流电源的正极相连的第一开关三极管和与所述直流电源的负极相连的第二开关三极管，所述谐波电流补偿控制器的输出接口与所述第一开关三极管和所述第二开关三极管，所述基波电流补偿控制器的输出接口与所述第一开关三极管和所述第二开关三极管。
与现有技术相比，本实用新型的有源滤波器通过将电流的基波成分和谐波成分分离，并分别进行失真检测，针对基波成分和谐波成分在电流幅值和频率的特点分别控制逆变器和滤波器进行滤波补偿，从而有效的补偿基波成分和谐波成分失真，进一步提高电流谐波信号的滤波效率，进一步改善功率因子。
附图说明
图1所示为根据本实用新型的实施例的有源滤波器的结构示意图。
具体实施方式
以下将对本实用新型的实施例给出详细的说明。尽管本实用新型将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本实用新型并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本实用新型同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。
图1所示为根据本实用新型的实施例的有源滤波器100的结构示意图。有源滤波器100包括直流电源108、与直流电源108耦合的逆变器106、耦合于逆变器106和三相电缆A、B和C之间的滤波器120和控制器110。逆变器106包括四路逆变单元，滤波器120包括三路滤波单元，所述四路逆变单元的其中三路逆变单元分别与所述三路滤波单元相连，其第四路逆变单元与所述三路滤波单元相连。三相电缆上设置了一组电流感应器102。控制器110包括电流检测器112、电流谐波基波成分计算装置114、谐波电流补偿控制器116和基波电流补偿控制器118。电流检测器112与电流感应器102相连，用于产生表示所述三相电缆A、B和C上电流的电流检测信号。电流谐波基波成分计算装置114与电流检测器112相连，电流谐波基波成分计算装置114根据所述电流检测信号计算所述三相电缆的电流的基波成分和谐波成分。在一个实施例中，电流检测器112为一个模数转换器，电流感应器102产生模拟电流信号，电流检测器112将模拟电流信号转换为数字信号。电流谐波基波成分计算装置114可以是一个单片机或者微控制器，通过分析电流检测器112发送过来的数字信号，去分析电流的基波成分和谐波成分，并且通过参考标准基波成分信号和标准谐波成分信号得出基波成分和谐波成分是否发生失真。
谐波电流补偿控制器116的输入接口与电流谐波基波成分计算装置114相连。谐波电流补偿控制器116的输出接口分别与逆变器106和滤波器120相连，谐波电流补偿控制器116根据所述电流谐波成分控制逆变器106和滤波器120；基波电流补偿控制器118的输入接口与电流谐波基波成分计算装置114相连，基波电流补偿控制器118的输出接口与逆变器106相连，基波电流补偿控制器118根据所述电流基波成分控制逆变器106。
在一个实施例中，所述三路滤波单元120的每一路滤波单元包括电感和一对电容，其中，所述一对电容包括第一电容和第二电容，所述第一电容的电容值大于所述第二电容的电容值，所述第一电容与开关串联以后组成的电路与所述第二电容并联。更具体地讲，第一路滤波单元包括电感L1、电容C11、开关S1和电容C12，其中，电容C11和开关S1相互串联以后与电容C12并联；第二路滤波单元包括电感L2、电容C21、开关S2和电容C22，其中，电容C21和开关S2相互串联以后与电容C22并联；第三路滤波单元包括电感L3、电容C31、开关S3和电容C32，其中，电容C31和开关S3相互串联以后与电容C32并联。
在一个实施例中，谐波电流补偿控制器116的输出接口与开关S1相连。在一个实施例中，四路逆变单元106的每一个逆变单元包括与直流电源108的正极相连的第一开关三极管和与直流电源108的负极相连的第二开关三极管，谐波电流补偿控制器116的输出接口与所述第一开关三极管和所述第二开关三极管，基波电流补偿控制器118的输出接口与所述第一开关三极管和所述第二开关三极管。
在工作中，基波电流补偿控制器118检测三相电缆电流的基波成分，如果某一相电流基波成分发生失真，则基波电流补偿控制器118控制逆变器106的开关三极管的开关频率为F1，通过滤波器120的对应通道，从而补偿对应相电流的基波成分。在一个实施例中，当仅有基波电流成分需要补偿时，则滤波器120的开关处于闭合状态。例如，如果A相电缆需要进行基波补偿，则基波电流补偿控制110闭合开关S3，从而第三路滤波单元的电容为相对大的电容值，此时，针对基波电流的幅值较大的失真可以获得有效补偿。
如果某一相电流的谐波成分发生失真，则谐波电流补偿控制器118控制逆变器106的开关三极管的开关频率为F2。在一个实施例中，开关频率F1小于开关频率F2。在一个实施例中，谐波电流补偿控制器118根据谐波成分中失真的阶数去调节开关频率F2，以使得开关频率F2与失真阶数相匹配。在一个实施例中，当某一相电流仅有谐波成分需要补偿时，谐波电流补偿控制器118断开滤波器120中的对应开关，从而使得该路滤波单元中的电容处于较小电容值。此时，针对谐波电流的幅值较小但频率交大的失真可以获得有效补偿。
优点在于，本实用新型的有源滤波器100通过将电流的基波成分和谐波成分分离，并分别进行失真检测，针对基波成分和谐波成分在电流幅值和频率的特点分别控制逆变器和滤波器进行滤波补偿，从而有效的补偿基波成分和谐波成分失真，进一步提高电流谐波信号的滤波效率，进一步改善功率因子。
上文具体实施方式和附图仅为本实用新型之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本实用新型精神和实用新型范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本实用新型在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离实用新型准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本实用新型之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (4)

1.一种有源滤波器，其特征在于，所述有源滤波器包括直流电源、与所述直流电源耦合的逆变器、耦合于所述逆变器和三相电缆之间的滤波器和控制器，所述逆变器包括四路逆变单元，所述滤波器包括三路滤波单元，所述四路逆变单元的其中三路逆变单元分别与所述三路滤波单元相连，其第四路逆变单元与所述三路滤波单元相连；所述三相电缆上设置了一组电流感应器；所述控制器包括电流检测器、电流谐波基波成分计算装置、谐波电流补偿控制器和基波电流补偿控制器，所述电流检测器与所述电流感应器相连，用于产生表示所述三相电缆上电流的电流检测信号；所述电流谐波基波成分计算装置与所述电流检测器相连，所述电流谐波基波成分计算装置根据所述电流检测信号计算所述三相电缆的电流的基波成分和谐波成分；所述谐波电流补偿控制器的输入接口与所述电流谐波基波成分计算装置相连，所述谐波电流补偿控制器的输出接口分别与所述逆变器和所述滤波器相连，所述谐波电流补偿控制器根据所述电流谐波成分控制所述逆变器和所述滤波器；所述基波电流补偿控制器的输入接口与所述电流谐波基波成分计算装置相连，所述基波电流补偿控制器的输出接口分别与所述逆变器和所述滤波器相连，所述基波电流补偿控制器根据所述电流基波成分控制所述逆变器。
2.根据权利要求1所述的有源滤波器，其特征在于，所述三路滤波单元的每一路滤波单元包括电感和一对电容，其中，所述一对电容包括第一电容和第二电容，所述第一电容的电容值大于所述第二电容的电容值，所述第一电容与开关串联以后组成的电路与所述第二电容并联。
3.根据权利要求2所述的有源滤波器，其特征在于，所述谐波电流补偿控制器的输出接口与所述开关相连；所述基波电流补偿控制器的输出接口与所述开关相连。
4.根据权利要求3所述的有源滤波器，其特征在于，所述四路逆变单元的每一个逆变单元包括与所述直流电源的正极相连的第一开关三极管和与所述直流电源的负极相连的第二开关三极管，所述谐波电流补偿控制器的输出接口与所述第一开关三极管和所述第二开关三极管，所述基波电流补偿控制器的输出接口与所述第一开关三极管和所述第二开关三极管。
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