CN204947598U - 一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及新能源及节能技术领域，公开了一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统。所述混合型有源滤波补偿系统，可以合理分担三相电网中的谐波治理任务，利用具有无源滤波器特点的低阶谐振电路消减高幅度的低阶谐波，利用有源滤波器补偿超宽频的高阶谐波，从而可完整的对三相电网中的各种谐波进行治理，使各个电相支路中的实际波形对称正弦化，确保电能质量。同时，由于低阶谐振电路对低阶谐波的消减作用，可大幅度地降低有源滤波装置的容量需求，减小所述混合型有源滤波补偿系统的搭建成本。

Description

一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统
技术领域
本实用新型涉及新能源及节能技术领域，具体地，涉及一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统。
背景技术
在电力系统中，理想的电能应该是完美对称的正弦波，但是由于诸如负载存在谐波源等因素会在电路中产生高阶谐波，使得实际电路波形偏离对称正弦形，由此便产生了电能质量的问题。电能质量的下降将严重影响供电、用电设备的安全运行和经济运行，因此世界各国都十分重视电能质量的控制，并主要通过谐波治理方式消除产生的高阶谐波，使实际电路波形对称正弦化，从而确保较高的电能质量。
现有的谐波治理方式主要有两种：一是通过无源滤波器进行谐波消减，二是通过有源滤波器进行谐波补偿。但是这两种谐波治理方式都存在一定的局限性，例如出于经济和体积方面的考虑，无源滤波器的个数是有限的，对于谐波含量丰富的场合，其仅能对特定的谐波进行有效消减，谐波消减的效果有限；而对于有源滤波器，虽然能够基本克服无源滤波器的特点，但是由于低阶谐波的幅度较大，需要实现大容量的谐波和无功补偿，因此具有装置容量大的缺点，这将会大幅度的增加有源滤波装置的成本和实现难度。
针对上述现有两种谐波治理方式的局限性，有必要综合无源滤波器和有源滤波装置的技术方案，提供一种新型的混合型谐波治理系统，可以合理分担电网中的谐波治理任务，利用无源滤波器消减高幅度的低阶谐波，利用有源滤波器补偿超宽频的高阶谐波，从而可完整的对电网中的各种谐波进行治理，使实际波形对称正弦化，确保电能质量，同时可降低有源滤波装置的容量需求，减小所述混合型有源滤波补偿系统的搭建成本。
实用新型内容
针对前述现有两种谐波治理方式的局限性，本实用新型提供了一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，可以合理分担三相电网中的谐波治理任务，利用具有无源滤波器特点的低阶谐振电路消减高幅度的低阶谐波，利用有源滤波器补偿超宽频的高阶谐波，从而可完整的对三相电网中的各种谐波进行治理，使各个电相支路中的实际波形对称正弦化，确保电能质量。同时，由于低阶谐振电路对低阶谐波的消减作用，可大幅度地降低有源滤波装置的容量需求，减小所述混合型有源滤波补偿系统的搭建成本。
本实用新型采用的技术方案,提供了一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，包括A相无源滤波电路、B相无源滤波电路、C相无源滤波电路、低阶谐振电路、三相变压器、隔直电感、三相桥式整流电路和有源滤波装置；所述A相无源滤波电路、所述B相无源滤波电路和所述C相无源滤波电路的第一端分别连接在三相电网中各个对应电相支路上，所述A相无源滤波电路、所述B相无源滤波电路和所述C相无源滤波电路的第二端分别串联一路接地的低阶谐振电路；所述三相变压器的A相输入端、B相输入端和C相输入端分别连接对应电相无源滤波电路的第二端，所述三相变压器的A相输出端、B相输出端和C相输出端分别在串联一隔直电感后，连接所述三相桥式整流电路的A相连接端、B相连接端和C相连接端，所述三相桥式整流电路的公共控制端连接所述有源滤波装置的输出端。在所述混合型有源滤波系统中，所述A相无源滤波电路、所述B相无源滤波电路和所述C相无源滤波电路分别用于从对应电相支路中过滤出各种谐波，并通过各自串联的所述低阶谐振电路将具有高幅度的低阶谐波以接地方式进行消减；所述三相变压器用于调整由各相无源滤波电路过滤出的、具有超宽频特点的高阶谐波幅度，并分别通过所述隔直电感将各相的高阶谐波电流送入三相桥式整流电路中的对应连接端，以便进行对应相的谐波补偿；所述有源滤波装置用于根据各相电路中的电压/电流参数和在所述三相桥式整流电路中各相连接端输入的高阶谐波电流参数，生成控制所述三相桥式整流电路产生对应补偿电流的开关信号；所述三相桥式整流电路用于在所述开关信号的控制下，根据PWM技术的原理，针对各相连接端输入的高阶谐波电流，产生对应大小、方向相反的谐波电流，从而补偿对应的高阶谐波电流。因此通过所述混合型有源滤波补偿系统，可以合理分担三相电网中的谐波治理任务，利用具有无源滤波器特点的低阶谐振电路消减高幅度的低阶谐波，利用有源滤波器补偿超宽频的高阶谐波，从而可完整的对三相电网中的各种谐波进行治理，使各个电相支路中的实际波形对称正弦化，确保电能质量。同时，由于低阶谐振电路对低阶谐波的消减作用，可大幅度地降低有源滤波装置的容量需求，减小所述混合型有源滤波补偿系统的搭建成本。此外，还可实现无功功率的连续、快速、同步补偿、滤波、平衡三相负载、消除电压闪变和电压波动等功能的一体化集合，提升所述混合型有源滤波补偿系统的性价比。
具体的，所述三相桥式整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管和电容；所述三相桥式整流电路的A相连接端分别连接所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极，所述三相桥式整流电路的B相连接端分别连接所述第三二极管的阳极和所述第四二极管的阴极，所述三相桥式整流电路的C相连接端分别连接所述第五二极管的阳极和所述第六二极管的阴极，所述电容的一端同时连接所述第一二极管、所述第三二极管和所述第五二极管的阴极，所述电容的另一端同时连接所述第二二极管、所述第四二极管、所述第六二极管的阳极和所述三相桥式整流电路的公共控制端。针对各个电相，均设置有由两个二极管构成的上下桥臂，从而可在对应相开关信号的反接作用下，得到与其连接端输入的高阶谐波电流对应的、具有对应大小和方向相反的谐波电流，从而达到补偿目的。
进一步具体的，在所述三相桥式整流电路中，每个二极管的两极之间并联有一个放大电路。所述放大电路用于放大产生的补偿电流，使其能够与在对应相连接端输入的高阶谐波电流大小一致。详细的，所述放大电路为三极管放大电路或场效应管放大电路。
具体的，所述A相无源滤波电路、B相无源滤波电路和C相无源滤波电路同时包括呈并联状态的5次单调谐滤波电路、7次单调谐滤波电路和高通滤波电路。
进一步具体的，所述5次单调谐滤波电路或所述7次单调谐滤波电路由一个电感串联一个电容组成。
进一步具体的，所述高通滤波电路由一个电感并联一个电阻，再串联一个电容组成。
具体的，所述低阶谐振电路由一个电感组成或由一个电感串联一个电阻组成。
具体的，所述有源滤波装置采用型号为xyDSTATCOM的静止型同步补偿装置。
综上，采用本实用新型所提供的一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，具有如下有益效果：(1)可以合理分担三相电网中的谐波治理任务，利用具有无源滤波器特点的低阶谐振电路消减高幅度的低阶谐波，利用有源滤波器补偿超宽频的高阶谐波，从而可完整的对三相电网中的各种谐波进行治理，使各个电相支路中的实际波形对称正弦化，确保电能质量；(2)由于低阶谐振电路对低阶谐波的消减作用，可大幅度地降低有源滤波装置的容量需求，减小所述混合型有源滤波补偿系统的搭建成本；(3)可实现无功功率的连续、快速、同步补偿、滤波、平衡三相负载、消除电压闪变和电压波动等功能的一体化集合，提升所述混合型有源滤波补偿系统的性价比。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统的结构示意图。
图2是本实用新型提供的用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统中无源滤波电路的电路图。
具体实施方式
以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本实用新型提供的用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。
本文中描述的各种技术可以用于但不限于新能源及节能技术领域，还可以用于其它类似领域。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例一
图1示出了本实用新型提供的用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统的结构示意图，图2示出了本实用新型提供的用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统中无源滤波电路的电路图。所述用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，其特征在于，包括A相无源滤波电路、B相无源滤波电路、C相无源滤波电路、低阶谐振电路、三相变压器T1、隔直电感、三相桥式整流电路和有源滤波装置；所述A相无源滤波电路、所述B相无源滤波电路和所述C相无源滤波电路的第一端分别连接在三相电网中各个对应电相支路上，所述A相无源滤波电路、所述B相无源滤波电路和所述C相无源滤波电路的第二端分别串联一路接地的低阶谐振电路；所述三相变压器T1的A相输入端、B相输入端和C相输入端分别连接对应电相无源滤波电路的第二端，所述三相变压器T1的A相输出端、B相输出端和C相输出端分别在串联一隔直电感后，连接所述三相桥式整流电路的A相连接端、B相连接端和C相连接端，所述三相桥式整流电路的公共控制端连接所述有源滤波装置的输出端。
如图1所示，在所述混合型有源滤波系统中，所述A相无源滤波电路、所述B相无源滤波电路和所述C相无源滤波电路分别用于从对应电相支路中过滤出各种谐波，并通过各自串联的所述低阶谐振电路将具有高幅度的低阶谐波以接地方式进行消减；所述三相变压器T1用于调整由各相无源滤波电路过滤出的、具有超宽频特点的高阶谐波幅度，并分别通过所述隔直电感将各相的高阶谐波电流送入三相桥式整流电路中的对应连接端，以便进行对应相的谐波补偿。
所述有源滤波装置用于根据各相电路中的电压/电流参数和在所述三相桥式整流电路中各相连接端输入的高阶谐波电流参数，生成控制所述三相桥式整流电路产生对应补偿电流的开关信号。如图1所示，三相电源中各相电压分别为uA、uB和uC，各相支路中源端电流为iSA、iSB和iSC，各相支路中负载端电流为iLA、iLB和iLC，各相连接端输入的高阶谐波电流为iCA、iCB和iCC，现以针对A相进行高阶谐波补偿为例说明所述有源滤波装置的具体工作细节：所述有源滤波装置分别采集源端A相电压uA、负载侧的A相待检测电流iMLA、源侧的A相待检测电流iMSA和在A相连接端输入的高阶谐波电流iCA以及自身直流侧电容的电压UDC，然后通过图1中所示的、处于所述有源滤波装置内部的指令电流运算电路单元对uAiMLA、iMSA和UDC进行谐波分离算法处理，得到谐波参考信号，然后通过图1中所示的、处于所述有源滤波装置内部的电流跟踪控制电路对谐波参考信号和iCA进行调制处理，得到PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)信号，然后通过图1中所示的、处于所述有源滤波装置内部的驱动电路将PWM信号与三角波进行对比，最终输出A相的开关信号，然后根据PWM技术的原理，产生对应大小、方向相反的谐波电流，从而补偿A相高阶谐波电流。
所述三相桥式整流电路用于在所述开关信号的控制下，根据PWM技术的原理，针对各相连接端输入的高阶谐波电流，产生对应大小、方向相反的谐波电流，从而补偿对应的高阶谐波电流。因此通过所述混合型有源滤波补偿系统，可以合理分担三相电网中的谐波治理任务，利用具有无源滤波器特点的低阶谐振电路消减高幅度的低阶谐波，利用有源滤波器补偿超宽频的高阶谐波，从而可完整的对三相电网中的各种谐波进行治理，使各个电相支路中的实际波形对称正弦化，确保电能质量。同时，由于低阶谐振电路对低阶谐波的消减作用，可大幅度地降低有源滤波装置的容量需求，减小所述混合型有源滤波补偿系统的搭建成本。此外，还可实现无功功率的连续、快速、同步补偿、滤波、平衡三相负载、消除电压闪变和电压波动等功能的一体化集合，提升所述混合型有源滤波补偿系统的性价比。
具体的，所述三相桥式整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6和电容C1；所述三相桥式整流电路的A相连接端分别连接所述第一二极管D1的阳极和所述第二二极管D2的阴极，所述三相桥式整流电路的B相连接端分别连接所述第三二极管D3的阳极和所述第四二极管D4的阴极，所述三相桥式整流电路的C相连接端分别连接所述第五二极管D5的阳极和所述第六二极管D6的阴极，所述电容C1的一端同时连接所述第一二极管D1、所述第三二极管D3和所述第五二极管D5的阴极，所述电容C1的另一端同时连接所述第二二极管D2、所述第四二极管D4、所述第六二极管D6的阳极和所述三相桥式整流电路的公共控制端。针对各个电相，均设置有由两个二极管构成的上下桥臂，从而可在对应相开关信号的反接作用下，得到与其连接端输入的高阶谐波电流对应的、具有对应大小和方向相反的谐波电流，从而达到补偿目的。
进一步具体的，在所述三相桥式整流电路中，每个二极管的两极之间并联有一个放大电路。所述放大电路用于放大产生的补偿电流，使其能够与在对应相连接端输入的高阶谐波电流大小一致。详细的，所述放大电路为三极管放大电路或场效应管放大电路。
具体的，所述A相无源滤波电路、B相无源滤波电路和C相无源滤波电路同时包括呈并联状态的5次单调谐滤波电路、7次单调谐滤波电路和高通滤波电路。如图2所示，进一步具体的，所述5次单调谐滤波电路或所述7次单调谐滤波电路由一个电感串联一个电容组成。所述高通滤波电路由一个电感并联一个电阻，再串联一个电容组成。
具体的，所述低阶谐振电路由一个电感组成或由一个电感串联一个电阻组成。作为举例的，如图1所示，所述低阶谐振电路由一个电感组成。
具体的，所述有源滤波装置采用型号为xyDSTATCOM的静止型同步补偿装置。
综上，本实施例所提供的用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，具有如下有益效果：(1)可以合理分担三相电网中的谐波治理任务，利用具有无源滤波器特点的低阶谐振电路消减高幅度的低阶谐波，利用有源滤波器补偿超宽频的高阶谐波，从而可完整的对三相电网中的各种谐波进行治理，使各个电相支路中的实际波形对称正弦化，确保电能质量；(2)由于低阶谐振电路对低阶谐波的消减作用，可大幅度地降低有源滤波装置的容量需求，减小所述混合型有源滤波补偿系统的搭建成本；(3)可实现无功功率的连续、快速、同步补偿、滤波、平衡三相负载、消除电压闪变和电压波动等功能的一体化集合，提升所述混合型有源滤波补偿系统的性价比。
如上所述，可较好的实现本实用新型。对于本领域的技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出不同形式的用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统并不需要创造性的劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，其特征在于，包括A相无源滤波电路、B相无源滤波电路、C相无源滤波电路、低阶谐振电路、三相变压器(T1)、隔直电感、三相桥式整流电路和有源滤波装置；
所述A相无源滤波电路、所述B相无源滤波电路和所述C相无源滤波电路的第一端分别连接在三相电网中各个对应电相支路上，所述A相无源滤波电路、所述B相无源滤波电路和所述C相无源滤波电路的第二端分别串联一路接地的低阶谐振电路；
所述三相变压器(T1)的A相输入端、B相输入端和C相输入端分别连接对应电相无源滤波电路的第二端，所述三相变压器(T1)的A相输出端、B相输出端和C相输出端分别在串联一隔直电感后，连接所述三相桥式整流电路的A相连接端、B相连接端和C相连接端，所述三相桥式整流电路的公共控制端连接所述有源滤波装置的输出端。
2.如权利要求1所述的一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，其特征在于，所述三相桥式整流电路包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)和电容(C1)；
所述三相桥式整流电路的A相连接端分别连接所述第一二极管(D1)的阳极和所述第二二极管(D2)的阴极，所述三相桥式整流电路的B相连接端分别连接所述第三二极管(D3)的阳极和所述第四二极管(D4)的阴极，所述三相桥式整流电路的C相连接端分别连接所述第五二极管(D5)的阳极和所述第六二极管(D6)的阴极，所述电容(C1)的一端同时连接所述第一二极管(D1)、所述第三二极管(D3)和所述第五二极管(D5)的阴极，所述电容(C1)的另一端同时连接所述第二二极管(D2)、所述第四二极管(D4)、所述第六二极管(D6)的阳极和所述三相桥式整流电路的公共控制端。
3.如权利要求2所述的一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，其特征在于，在所述三相桥式整流电路中，每个二极管的两极之间并联有一个放大电路。
4.如权利要求3所述的一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，其特征在于，所述放大电路为三极管放大电路或场效应管放大电路。
5.如权利要求1所述的一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，其特征在于，所述A相无源滤波电路、B相无源滤波电路和C相无源滤波电路同时包括呈并联状态的5次单调谐滤波电路、7次单调谐滤波电路和高通滤波电路。
6.如权利要求5所述的一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，其特征在于，所述5次单调谐滤波电路或所述7次单调谐滤波电路由一个电感串联一个电容组成。
7.如权利要求5所述的一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，其特征在于，所述高通滤波电路由一个电感并联一个电阻，再串联一个电容组成。
8.如权利要求1所述的一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，其特征在于，所述低阶谐振电路由一个电感组成或由一个电感串联一个电阻组成。
9.如权利要求1所述的一种用于三相电网的混合型有源滤波补偿系统，其特征在于，所述有源滤波装置采用型号为xyDSTATCOM的静止型同步补偿装置。
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Address after: 610000 International Exhibition Trade Center, 2, Pioneer Road, hi tech Zone, Sichuan, Chengdu, 7F

Patentee after: Chengdu Xingyu Rongke Power Electronics Co.,Ltd.

Address before: 610000 International Exhibition Trade Center, 2, Pioneer Road, hi tech Zone, Sichuan, Chengdu, 7F

Patentee before: CHENGDU XINGYU ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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Granted publication date: 20160106

Termination date: 20210930

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