CN204835533U - 有源电力滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种有源电力滤波器，包括：第一基座、多个容量单元、以及控制器。其中，每两个容量单元之间可通过自身的连接件彼此相接触地连接，并且多个容量单元中的一个容量单元通过其连接件和基座的连接件与基座相接触地连接。根据本实用新型实施例的有源电力滤波器能够方便地满足现场对有源电力滤波器容量的需求，并且，在滤波器出现故障的情况下，在现场就能够快速更换也能够方便地对滤波器进行检修。

Description

有源电力滤波器

技术领域

本实用新型涉及涉及电力电子领域，尤其涉及一种有源电力滤波器。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展及广泛应用，电能得到了更加充分的利用。然而，例如整流装置、变频器、计算机等的非线性电力电子装置使得电网的电压和电流发生畸变，产生电能谐波。并且，随着非线性设备数量的增加以及其容量的日益增大，使得电力系统谐波污染问题日益广泛，严重影响了电能的质量，对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响。

为了提高电能的质量，改善配电网的品质，常用的方法是采用谐波抑制装置例如有源电力滤波器(英文：Activepowerfilter，缩写：APF)向电网输出谐波消除信号，以抑制或消除电网的谐波。

现生产滤波器时，可以根据用户现场需求来设计容量。但是用户一旦选好容量一定的滤波器，即使在现场运行一段时间后发现该滤波器的容量不再符合实际要求，也只能重新选择容量合适的滤波器，来替换原选的滤波器，既费时费力又费钱。

实用新型内容

技术问题

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是，如何方便地满足现场对有源电力滤波器容量的需求。

解决方案

为了解决上述技术问题，根据本实用新型的一实施例，提供了一种有源电力滤波器，包括：第一基座，其包括多个第一连接件，并且所述第一基座的第一表面具有多个导电件和通信接口；多个容量单元，所述容量单元包括多个第二连接件，并且所述容量单元的表面具有多个导电件和通信接口，其中，所述容量单元的导电件与所述第一基座的导电件的位置对应，所述容量单元的通信接口与所述第一基座的通信接口的位置对应，每两个所述容量单元之间通过自身的第二连接件彼此相接触地连接，所述多个容量单元中的一个容量单元通过其第二连接件和所述第一连接件与所述第一基座相接触地连接；以及控制器，其包括谐波输入接口和通信接口，所述控制器的谐波输入接口与所述第一基座连接，所述控制器的通信接口与各所述容量单元的通信接口分别连接，其中，所述控制器的谐波输入接口从所述第一基座接收表示电网的谐波电流的谐波信号，并且通过所述控制器的通信接口向各所述容量单元的通信接口发送控制信号，所述控制信号用于控制各所述容量单元产生与所述谐波电流方向相反的补偿电流。

对于上述有源电力滤波器，在一种可能的实现方式中，所述第一基座的第二表面设置有电网输入接口和电网输出接口，所述第一基座包括：采样模块，经由所述电网输入接口与所述电网连接，用于采集所述电网中的谐波电流，并将表示所述谐波电流的谐波信号传送至所述控制器的谐波输入接口；以及消谐输出模块，经由所述第一基座的导电件与所述容量单元电连接，并经由所述电网输出接口与所述电网连接，用于将所获取的各所述容量单元产生的消谐电流叠加后经由所述电网输出接口输出至所述电网。

对于上述有源电力滤波器，在一种可能的实现方式中，所述基座的第二表面还设置有电源输入接口和电源输出接口，所述第一基座还包括：一级开关电源模块，经由所述电源输入接口与外部电源连接，并经由所述电源输出接口与控制器连接，所述一级开关电源模块用于从所述电源输入接口获取来自所述外部电源的电压，将所述外部电源的电压转换为所述控制器的工作电压，并通过所述电源输出接口将所述控制器的工作电压输出至所述控制器。

对于上述有源电力滤波器，在一种可能的实现方式中，所述容量单元包括：驱动模块，经由所述容量单元的通信接口与所述控制器连接，用于从所述控制器接收所述控制信号，并发出驱动信号；以及消谐模块，与所述驱动模块连接，并经由所述容量单元的导电件与所述第一基座的消谐输出模块连接，用于从所述驱动模块接收所述驱动信号，产生所述补偿电流，并将所产生的补偿电流输出至所述消谐输出模块。

对于上述有源电力滤波器，在一种可能的实现方式中，所述容量单元还包括：二级开关电源模块，经由所述第一基座的导电件与所述一级开关电源模块连接，用于将从所述一级开关电源模块输出的电压转换为所述容量单元的工作电压。

对于上述有源电力滤波器，在一种可能的实现方式中，所述第一基座为长方体结构，所述第一基座上的各所述第一连接件位于所述第一基座的角部。

对于上述有源电力滤波器，在一种可能的实现方式中，所述容量单元为各表面的布置相同的正方体结构，所述容量单元上的各所述第二连接件位于所述容量单元的角部。

对于上述有源电力滤波器，在一种可能的实现方式中，还包括：至少一个第二基座，所述第二基座包括多个第一连接件，并且所述第二基座的第一表面具有多个导电件和通信接口，所述第二基座的导电件与所述容量单元的导电件的位置对应，所述第二基座的通信接口与所述容量单元的通信接口的位置对应，每两个所述第二基座之间、以及所述第一基座和所述第二基座之间通过自身的第二连接件彼此相接触地连接。

有益效果

通过包括多个容量单元，每两个容量单元之间可通过自身的连接件彼此相接触地连接，并且多个容量单元中的一个容量单元通过其连接件和基座的连接件与基座相接触地连接，根据本实用新型实施例的有源电力滤波器能够方便地满足现场对有源电力滤波器容量的需求，并且，在滤波器出现故障的情况下，在现场就能够快速更换也能够方便地对滤波器进行检修。

另外，本实用新型将有源滤波器做成积木式模块，每个模块容量一定(例如可以为20A)，在现场可以像搭积木一样组合各模块，以满足现场对容量的任意需求，有效地改变了现有传统的有源滤波器生产模式。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本实用新型的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本实用新型的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本实用新型的原理。

图1是示出根据本实用新型实施例的有源电力滤波器的结构的示例性框图；

图2是示出根据本实用新型实施例的有源电力滤波器所包括的第一基座和第二基座的结构的示例性框图；

图3是示出根据本实用新型实施例的有源电力滤波器所包括的容量单元的结构的示例性框图；

图4a和图4b是分别示例性示出根据本实用新型实施例的有源电力滤波器所包括的控制器的前视图和后视图；

图5是示出根据本实用新型实施例的有源电力滤波器的内部部件之间的信号流向的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

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。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、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示出根据本实用新型一实施例的有源电力滤波器的结构框图。如图1所示，该有源电力滤波器主要包括：第一基座110、多个容量单元120(1)至120(5)和控制器130。其中，在一种可能的实现方式中，如图2所示，第一基座110可以包括多个第一连接件A-5，并且所述第一基座110的第一表面(例如图2所示的上表面)具有多个导电件A-1、A-2、A-3和通信接口A-4，所述第一基座110的第二表面(例如图2所示的前表面)包括电网输入接口A-c。

在一种可能的实现方式中，如图1所示，容量单元可以有5个，即容量单元120(1)至120(5)，本领域技术人员应能理解，容量单元的数目不限于此，完全可以根据现场对容量的需要来选择合适的容量单元数目。为了便于批量式生产，优选各容量单元的结构都相同。这里，以一个容量单元为例，如图3所示，容量单元可以包括多个第二连接件B-5，并且容量单元的表面具有多个导电件B-1、B-2、B-3和通信接口B-4。在图3中仅以上表面作为示例，用附图标记的形式标示了这些导电件和通信接口，为了便于现场组装，优选容量单元的各个表面都具有多个导电件和通信接口，并且与上表面的导电件和通信接口的位置分别相对应。由于容量单元的其它表面所具有的导电件和通信接口与上表面类似，因此，在图3中未用附图标记标示。

其中，根据图2和图3可以看出，容量单元的导电件B-1、B-2、B-3与第一基座110的导电件A-1、A-2和A-3的位置分别相对应，容量单元的通信接口B-4与第一基座110的通信接口A-4的位置对应。并且，如图1所示，每两个容量单元之间通过自身的第二连接件B-5彼此相接触地连接，多个容量单元中的一个容量单元、例如图1中示出的容量单元124(4)通过其第二连接件B-5和第一基座110的第一连接件A-5与第一基座110相接触地连接。

第一连接件A-5和第二连接件B-5可以是强磁性材料，导电件A-1至A-3和导电件B-1至B-3可以是弹性较强的镀银铜片。这样，容量单元之间以及容量单元与第一基座之间的叠加可以由强磁性材料的磁力相互吸引，实现可拆卸的连接，而无需繁杂的例如插接件等的方式来装配，方便了现场人员的安装与拆卸，容量单元之间以及容量单元与第一基座之间的电连接可以由弹性较强的镀银铜片相压完成。

在因现场所需容量降低而需要使某些容量单元退出运行的情况下，只要先按下需要退出运行的容量单元的投入和切除按钮B-6，便可以用力将其拿下，然后将其它的容量单元重新叠加就可以继续运行。在容量单元出现故障而需要检修的情况下，只要将新的容量单元换上，按下投入和切除按钮B-6即可。由于容量单元的更换不需动任何接线，非常方便快捷，现场的运行人员就可完成。图3中附图标记B-7标示的是双色信号灯，红色表示该容量单元处于运行状态，绿色表示该容量单元出现故障或者尚未处于运行状态。

在一种可能的实现方式中，控制器130可以主要负责运行控制、消谐输出控制、电参数及信号显示和手动操作等任务。它与容量单元和第一基座110相通讯连接，接收第一基座110采集和处理的电信号，然后通过对容量单元和第一基座110的控制，以实现消谐功能。

具体地，如图4b所示，控制器130包括谐波输入接口C-a和通信接口C-b，控制器130的谐波输入接口C-a与第一基座110的电网输入接口A-c连接，控制器130的通信接口C-b与各所述容量单元120(1)至120(5)的通信接口B-4分别连接(参见图1)。其中，控制器130的谐波输入接口C-a从电网输入接口A-c接收表示电网的谐波电流的谐波信号，并且通过控制器130的通信接口C-b向各所述容量单元120(1)至120(5)的通信接口A-4发送控制信号，所述控制信号用于控制各所述容量单元120(1)至120(5)产生与所述谐波电流方向相反的补偿电流，并且各容量单元120(1)至120(5)所产生的补偿电流叠加后的大小与所述谐波电流的大小相同。

如上所述，根据本实用新型的有源电力滤波器包括多个容量单元，每两个容量单元之间可通过自身的连接件彼此相接触地连接，并且多个容量单元中的一个容量单元通过其连接件和基座的连接件与基座相接触地连接，因此，根据本实用新型实施例的有源电力滤波器能够方便地满足现场对有源电力滤波器容量的需求，并且，在滤波器出现故障的情况下，在现场就能够快速更换也能够方便地对滤波器进行检修。

另外，本实用新型将有源滤波器做成积木式模块，每个模块容量一定(例如可以为20A)，在现场可以像搭积木一样组合各模块，以满足现场对容量的任意需求，有效地改变了现有传统的有源滤波器生产模式。

接下来参考图5所示出的有源滤波器所包括的第一基座和容量单元的内部部件之间的信号流向来说明根据本实用新型实施的有源滤波器的工作原理。

在一种可能的实现方式中，第一基座110可以主要负责信号采集、电源转换、电参数及信号处理、对容量单元和控制器130的供电与对负载的消谐输出等功能。具体地，第一基座110可以包括采样模块111和消谐输出模块110。其中，如图5所示，采样模块111经由电网输入接口A-c与电网连接，用于采集电网中的谐波电流，并将表示所述谐波电流的谐波信号经由控制器130的谐波输入接口C-a传送至控制器130；消谐输出模块112经由第一基座110的导电件A-3与容量单元(具体可以是容量单元的消谐模块212，将在下面说明)电连接，并经由第一基座112的第二表面还包括的电网输出接口A-d与电网连接，用于将所获取的各所述容量单元产生的补偿电流叠加后经由电网输出接口A-d输出至电网。

在一种可能的实现方式中，第一基座110还可以包括一级开关电源模块113。其中，如图5所示，一级开关电源模块113经由第一基座110的第二表面还包括的电源输入接口A-b与外部电源连接，并经由第一基座110的第二表面还包括的电源输出接口A-a与控制器130连接，用于将来自外部电源的电压转换为控制器130的工作电压，并通过电源输出接口A-a将所述控制器130的工作电压输出至控制器130的电源输入接口C-c。外部电源可以是蓄电装置，一级开关电源模块113还可以直接接入电网中。

在一种可能的实现方式中，容量单元可以包括驱动模块211和消谐模块212。其中，如图5所示，驱动模块211经由容量单元的通信接口B-4与控制器130连接，用于根据接收到的控制器130发送的控制信号，发出驱动信号；消谐模块212与驱动模块211连接，并经由容量单元的导电件B-3与第一基座110的消谐输出模块112连接，用于根据接收到的驱动模块211发出的驱动信号，产生补偿电流，并将所产生的补偿电流输出至第一基座110的消谐输出模块112。消谐模块212可以包括大容量电容器和IGBT电路。

另外，根据本实用新型实施例的容量单元的驱动模块还能够直接根据第一基座所采集的电网的谐波电流，来产生驱动信号。也就是说，该驱动模块兼有控制器的功能。在这种情况下，如图5中所示，第一基座110的采样模块111经由容量单元的导电件B-2将表示谐波电流的谐波信号传送至驱动模块211，所述驱动模块211根据谐波信号生成驱动信号，以使得消谐模块212根据该驱动信号产生补偿电流。驱动模块211还可以通过通信接口B-4和C-b将所接收到的谐波信号和所生成的驱动信号输出至控制器130，现场操作人员可以通过控制器130的液晶显示屏(如图4a中所示)所显示的这些数据来判断容量单元的运行是否正常或者当前容量单元的容量是否够用。但是，为了保持各容量单元的同步，优选采用所有的内部控制和能量转换命令均由控制器130中的MCU发出的方式。根据图4a示出的控制器130的前视图可以看出，控制器130还具有信号灯(位于液晶显示屏上方)、控制按钮(位于液晶显示屏下方)以及能够控制该控制器130工作或停止工作的电源开关(位于图4a中的左下角)。

在一种可能的实现方式中，所述容量单元还可以包括二级开关电源模块213。其中，如图5所示，二级开关电源模块213经由第一基座110的导电件A-1与一级开关电源模块113连接，用于将从一级开关电源模块输出的电压转换为容量单元的工作电压，以使得容量单元的驱动模块211和消谐模块212正常工作。

在一种可能的实现方式中，如图2和图3所示，第一基座110呈长方体状，容量单元呈正方体状，多个第一连接件A-5和多个第二连接件B-5分别位于第一基座110和容量单元的角部，如上已经说明的，这些连接件可以是强磁性材料，各容量单元之间以及容量单元与第一基座之间的叠加可以由四角强磁性材料的磁力相互吸引，实现可拆卸的连接。所述容量单元的六个表面具有多个导电件和通信接口(图3中仅示出了上表面)，所述容量单元的每两个表面的导电件的位置对应，所述容量单元的每两个表面的通信接口的位置对应。

在一种可能的实现方式中，如图1和图2所示，本实用新型的有源电力滤波器还可以包括：至少一个第二基座140。其中，第二基座140包括多个第一连接件A'-5，并且与第一基座110类似的，第二基座140的第一表面(上表面)具有多个导电件A'-1、A'-2、A'-3和通信接口A'-4，容量单元的导电件A-1、A-2、A-3与第二基座140的导电件A'-1、A'-2、A'-3的位置对应，容量单元的通信接口A-4与第二基座140的通信接口A'-4的位置对应，每两个第二基座之间、以及第一基座和所述第二基座之间可以通过各自的第二连接件彼此相接触地连接。

本领域技术人员应能理解，第二基座140不是必须的，容量单元可以依次叠加在第一基座110上，另外，还可以有多个第二基座140，这多个第二基座140可以沿第一基座110的各个方向延伸，例如沿着图2所示的第一基座110的左侧、右侧和后侧延伸。此外，第一基座110和第二基座140的位置也并不必须要位于多个叠加的容量单元的底部，由于第一基座110和第二基座140的一个表面能够与容量单元的各个表面对应，因此，第一基座110和第二基座140还可以位于多个叠加的容量单元的左侧、右侧、前侧和后侧，甚至上侧。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种有源电力滤波器，其特征在于，包括：

第一基座，其包括多个第一连接件，并且所述第一基座的第一表面具有多个导电件和通信接口；

多个容量单元，所述容量单元包括多个第二连接件，并且所述容量单元的表面具有多个导电件和通信接口，其中，所述容量单元的导电件与所述第一基座的导电件的位置对应，所述容量单元的通信接口与所述第一基座的通信接口的位置对应，每两个所述容量单元之间通过自身的第二连接件彼此相接触地连接，所述多个容量单元中的一个容量单元通过其第二连接件和所述第一连接件与所述第一基座相接触地连接；以及

控制器，其包括谐波输入接口和通信接口，所述控制器的谐波输入接口与所述第一基座连接，所述控制器的通信接口与各所述容量单元的通信接口分别连接，其中，所述控制器的谐波输入接口从所述第一基座接收表示电网的谐波电流的谐波信号，并且通过所述控制器的通信接口向各所述容量单元的通信接口发送控制信号，所述控制信号用于控制各所述容量单元产生与所述谐波电流方向相反的补偿电流。

2.根据权利要求1所述的有源电力滤波器，其特征在于，所述第一基座的第二表面设置有电网输入接口和电网输出接口，所述第一基座包括：

采样模块，经由所述电网输入接口与所述电网连接，用于采集所述电网中的谐波电流，并将表示所述谐波电流的谐波信号传送至所述控制器的谐波输入接口；以及

消谐输出模块，经由所述第一基座的导电件与所述容量单元电连接，并经由所述电网输出接口与所述电网连接，用于将所获取的各所述容量单元产生的消谐电流叠加后经由所述电网输出接口输出至所述电网。

3.根据权利要求2所述的有源电力滤波器，其特征在于，所述基座的第二表面还设置有电源输入接口和电源输出接口，所述第一基座还包括：

一级开关电源模块，经由所述电源输入接口与外部电源连接，并经由所述电源输出接口与控制器连接，所述一级开关电源模块用于从所述电源输入接口获取来自所述外部电源的电压，将所述外部电源的电压转换为所述控制器的工作电压，并通过所述电源输出接口将所述控制器的工作电压输出至所述控制器。

4.根据权利要求2所述的有源电力滤波器，其特征在于，所述容量单元包括：

驱动模块，经由所述容量单元的通信接口与所述控制器连接，用于从所述控制器接收所述控制信号，并发出驱动信号；以及

消谐模块，与所述驱动模块连接，并经由所述容量单元的导电件与所述第一基座的消谐输出模块连接，用于从所述驱动模块接收所述驱动信号，产生所述补偿电流，并将所产生的补偿电流输出至所述消谐输出模块。

5.根据权利要求3所述的有源电力滤波器，其特征在于，所述容量单元还包括：二级开关电源模块，经由所述第一基座的导电件与所述一级开关电源模块连接，用于将从所述一级开关电源模块输出的电压转换为所述容量单元的工作电压。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的有源电力滤波器，其特征在于，

所述第一基座为长方体结构，所述第一基座上的各所述第一连接件位于所述第一基座的角部。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的有源电力滤波器，其特征在于，所述容量单元为各表面的布置相同的正方体结构，所述容量单元上的各所述第二连接件位于所述容量单元的角部。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的有源电力滤波器，其特征在于，还包括：至少一个第二基座，所述第二基座包括多个第一连接件，并且所述第二基座的第一表面具有多个导电件和通信接口，所述第二基座的导电件与所述容量单元的导电件的位置对应，所述第二基座的通信接口与所述容量单元的通信接口的位置对应，每两个所述第二基座之间、以及所述第一基座和所述第二基座之间通过自身的第二连接件彼此相接触地连接。