CN209448430U - 一种有源电力滤波设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种有源电力滤波设备，属于电力电子设备领域，包括立式柜体，所述立式柜体内容置有贯穿立式柜体高度方向的散热模块、以及沿立式柜体高度方向分布的消谐模块；所述散热模块包括设置在立式柜体底部的用于驱使外部空气进入所述立式柜体的离心风机、以及用于将进入到立式柜体内的外部空气导流至立式柜体顶部以排出热量的风道；所述消谐模块包括设置在立式柜体下部的控制器件、逆变器件和驱动器件，以及设置在立式柜体上方的滤波器件和有源阻尼回路。本实用新型的有源电力滤波设备为立式结构，消谐模块沿立式柜体的高度方向分布，具有较好的散热性能，并且滤波器件非板载设计，有效避免导电粉尘堆积而引起的短路烧毁现象，且散热好。

Description

一种有源电力滤波设备

技术领域

本实用新型属于电力电子设备领域，具体涉及一种有源电力滤波设备。

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地利用。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。为了提高电能质量，改善配电网的品质，目前常采用谐波抑制装置，如有源电力滤波器进行治理。有源电力滤波设备是一种基于电力电子技术和现代控制理论的新型电能质量控制装置，可同时兼顾谐波治理和无功问题，是综合治理电网污染的有效手段。

传统的有源电力滤波设备一般为横式模块，如图1所示，模块一般水平放置在整柜中，其前面板为进风口2，后面板设置为出风口3，散热风机为直流的轴流风机4。有源电力滤波设备一般可用于民用或工业现场，民用现场一般为医院、银行、剧院等，现场环境较为良好，能够为有源电力滤波设备提供了较好的运行环境；工业现场种类很多，一般为化工、冶炼、汽车制造等，但相比较于民用现场，工业现场存在较多的不利因素，如：电流谐波分布无常、没有规律，电流谐波峰值系数高；现场环境中常常有导电粉尘；现场设备集中，散热环境不好等。因此，当图1中传统的有源电力滤波器用于工业现场时，由于其滤波器件、有源阻尼回路等均采用板载设计，容量小，不适用环境复杂的工业现场，且以上板载设计都放置于风道中，因此在污染比较严重的工业现场中容易累积导电粉尘，即便涂有三防漆，也经常会发生电路板短路、烧毁的现象。

实用新型内容

针对上述技术背景，本实用新型提供一种消谐模块沿立式柜体高度方向分布的有源电力滤波设备，相较于传统的横式模块的有源电力设备，其散热效果好，因此能在工业现场能够更加有效、可靠地运行。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种有源电力滤波设备，包括立式柜体，所述立式柜体内容置有贯穿立式柜体高度方向的散热模块、以及沿立式柜体高度方向设置的消谐模块；所述散热模块包括设置在立式柜体底部的用于驱使外部空气进入所述立式柜体的离心风机、以及用于将进入到立式柜体内的外部空气导流至立式柜体顶部以排出热量的风道；所述消谐模块包括设置在立式柜体下部的用于对进入到设备内的电流进行分析处理并发送脉宽调制PWM信号的控制器件、用于生成与电网谐波电流幅值相等且极性相反的补偿电流的逆变器件、用于接收控制器件的信号并驱动所述逆变器件工作的驱动器件，以及设置在立式柜体上方的用于滤除补偿电流中的高频载波电流的滤波器件、用于抑制滤波器件谐振频率的有源阻尼回路。

其中，所述风道包括设在立式柜体下部的与所述离心风机连通的第一风道、以及设在立式柜体上部的与所述第一风道连通的第二风道，所述滤波器件通过拱形安装板设在第二风道内，所述有源阻尼回路设置在所述第二风道与立式柜体外表面之间，所述逆变器件、控制器件以及驱动器件均设置在第一风道与立式柜体外表面之间。

优选地，所述第一风道和第二风道邻近立式柜体外表面的一侧均开口，所述第一风道的开口侧设有散热器以使第一风道形成封闭空间，所述逆变器件设置在所述散热器上以排出逆变器件产生的热量，所述驱动器件固定在所述逆变器件上以驱动逆变器件，所述控制器件通过第一安装板可转动连接在与第一风道位置对应处，所述有源阻尼回路通过第二安装板可转动连接在第二风道的开口侧以使第二风道形成封闭空间。

更优选地，所述第二安装板与拱形安装板的用于安装滤波器件的安装面之间设有用于外部空气通过的间隙。

更优选地，所述第二风道的出风口还设有用于防止灰尘进入的防尘网。

更优选地，所述第一安装板上还设有用于向所述控制器件提供电源的电源器件。

其中，所述消谐模块还包括设置在所述立式柜体上顶角处的用于三相电网进电的一次进电盒、以及与所述一次进电盒异侧设置的用于外部采集信号输入的二次线接线盒。

优选地，所述一次进电盒内设有用于与三相进电连接的、用于控制外部电网与消谐模块连接或断开的接触器、以及用于缓冲初次消谐模块电容充电的预充电回路。

在一个实施例中，所述立式柜体包括底座和连接在底座上的箱体，所述消谐模块设在所述箱体内，所述离心风机设在所述底座内并通过风道输送外部空气以排出热量。

其中，所述底座的端部开有进风口，且所述底座的下表面设有行走轮。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的有源电力滤波设备为立式结构，消谐模块沿立式柜体的高度方向分布，具体的是消谐模块的逆变器件、控制器件以及驱动器件设置在立式柜体的下方，滤波器件和有源阻尼回路设在立式柜体的上方，具有较好的散热性能；2、本实用新型的风道中除了滤波器件没有其他电子器件，并且滤波器件非板载设计，有效避免导电粉尘堆积而引起的短路烧毁现象，因此能够适应工业环境更复杂的工业现场；3、本实用新型的风道垂直设计，底部进风，顶部出风可以提高散热效率；4、本实用新型在第二安装板与拱形安装板的安装面之间设有间隙，方便气流从滤波器件底部穿过，避免热积累，从而提高散热。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为现有技术中横式有源电力滤波设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中有源电力滤波设备的外观结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为图2的俯视图；

图5为图2的仰视图；

图6为本实用新型实施例中有源电力滤波设备的内部结构示意图；

图7为本实用新型实施例中有源电力滤波设备的另一内部结构示意图；

图8为本实用新型实施例中拱形安装板的结构示意图；

图9为本实用新型实施例中一次进电盒的内部结构示意图；

图10为本实用新型实施例中有源电力滤波设备的电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，实施例中所用的方位词，均是以有源电力滤波设备的使用状态进行描述的，如“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等，以“前”为例，即在使用状态时，有源电力滤波设备面向使用者的一侧。

图2为本实用新型一实施例的有源电力滤波设备的立体结构图，图3-5分别为图2中的有源电力滤波设备的左视图、俯视图和仰视图。如图2-5所示，所述有源电力滤波设备包括立式柜体，在本实施例中，所述立式柜体包括底座101和连接在底座101上的箱体102，为了方便移动设备，所述底座101下表面设有行走轮103，所述行走轮103可以选择使用具有自锁功能的万向轮，能够自由移动；所述底座101的左右端面上均开设有与后述的离心风机201匹配的进风口104。

其中，所述箱体102内设有散热模块和消谐模块，如图3和7所示，所述散热模块包括设置在底座101内的用于驱使外部空气进入所述箱体102的离心风机201、以及用于将进入到箱体102的外部空气导流至箱体102顶部以排出热量的风道，具体的，所述离心风机201为蜗壳式机壳设计，矩形出风口，同样风量下风压为普通轴流风机的3倍，散热效率高。如图7所示，所述风道包括设箱体102下部的与所述离心风机201连通的第一风道202、所述第一风道202的上端连通有第二风道203，所述第二风道203延伸到箱体102的顶端，如图2和4所示，所述第二风道203的顶端出风口处还设有用于防止灰尘进入的防尘网204。

所述消谐模块包括用于对进入到设备内的电流进行分析处理并发送脉宽调制PWM信号的控制器件304、用于生成与电网谐波电流幅值相等且极性相反的补偿电流的逆变器件302、用于接收控制器件304的信号并驱动所述逆变器件302工作的驱动器件306，用于滤除补偿电流中的高频载波电流的滤波器件301、用于抑制滤波器件谐振频率的有源阻尼回路303。如图7所示，所述滤波器件301通过拱形安装板3-1设置在所述第二风道203内，所述拱形安装板3-1的结构如图8所示，所述的滤波器件301的电感设计容量大，绝缘等级为H级，耐热等级高，用绝缘胶固定在拱形安装板3-1之上，然后将拱形安装板3-1固定在第二风道203内。

在本实施例中，如图6和7所示，所述逆变器件302、控制器件304以及驱动器件306均设置在第一风道202与箱体102外表面之间，具体的，所述第一风道202的开口侧设有散热器307以使第一风道202形成封闭空间，所述逆变器件302设置在所述散热器307上以排出逆变器件302产生的热量，所述驱动器件306固定在所述逆变器件302上以驱动逆变器件302，所述控制器件304通过第一安装板3-2可转动连接在与第一风道202位置对应处。所述逆变器件302可以包括IGBT、薄膜电容、叠层母排、吸收电容、铜排、和若干结构支撑件。IGBT选择时预留的峰值系数大，适应性强，耐冲击性好；直流侧电容选用耐压高的薄膜电容，承受纹波脉动电流的能力强，耐热性强；叠层母排绝缘材料采用绝缘等级较高的PI绝缘膜，爬电距离、电气间隙采用环境污染等级最高的设计标准。所述第一安装板3-2上还设有用于向所述控制器件304提供电源的电源器件305。

所述有源阻尼回路303设在滤波器件301的前侧，并固定在第二风道203的前侧板上，为了节省成本且能够方便对设在第二风道203内的滤波器件301维修更换，所述第二风道203的前侧面开口，所述有源阻尼回路303通过第二安装板3-3可转动连接第二风道203的开口侧以使第二风道2032形成封闭空间，所述可转动是指所述第二安装板3-3能够以与第二风道203的开口侧连接处为轴转动，当第二安装板3-3转动到将第二风道203的开口侧闭合时，第二安装板3-3即可作为第二风道203的前侧板。实现可转动连接的方式有通过转轴、合页、铰链等，本实用新型并不做具体限制。本实施例中，有源阻尼回路303采取大容量阻尼电阻及电容，阻尼电阻单相可达到600W，吸收余量大，抗电压畸变率强，有源阻尼回路303用于抑制滤波电路谐振频率，提高弱网系统下设备运行的稳定性。

在本实施例中，如图2所示，所述消谐模块还包括设置在所述立式柜体上顶角处的用于三相电网进电的一次进电盒308、以及与所述一次进电盒308异侧设置的用于外部采集信号输入的二次线接线盒309，所述二次线接线盒309设在所述箱体102的右侧顶角处。具体的，如图9所示，所述一次进电盒308内设有用于与三相进电连接的进电铜排310、用于控制外部电网与消谐模块连接或断开的接触器311、以及用于缓冲初次消谐模块电容充电的预充电回路312，接触器311选择大裕量接触器，预充电回路312用于缓冲薄膜电容首次充电，起到设备保护的作用，预充电电阻容量大，耐冲击性强。所述二次线接线盒307内部设置二次线接线端子板，二次线从外部经过底座101与二次线出线盒之间的开孔进入二次线接线盒307内。为了防止灰尘或其他杂物落入箱体102内，所述一次进电盒308顶部设有透明防护绝缘板。

本实用新型的消谐模块的工作原理如图10所示，外部采样电路通过二次接线盒309进入到有源电力滤波设备内部的控制器件304，控制器件304的控制电路进行数据分析和处理并以脉宽调制PWM信号向驱动器件306发出指令，驱动器件306的驱动电路发出驱动脉冲，驱动逆变器件302生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流，并经过滤波器件301滤除补偿电流中的高频载波电流，最终通过一次进电盒308进入电网对谐波电流进行补偿。

本实施例的有源电力滤波设备为垂直风道设计，底座101内的离心风机201驱使外部空气进入箱体102内，首先经过第一风道202进入功率单元302，空气流量流过型材散热器307，带走IGBT产生的热量，接着流经第二风道203进入电感单元301，流过功率单元302的空气流量再次带走电感单元301产生的热量，最终顺着第二风道203排出设备。

当本实施例的有源电力滤波设备用于导电粉尘较大的工业现场时，有源电力滤波设备配置于整柜内，整柜的前、后门板下部开进风孔，加可拆卸防尘网罩，顶部采用离心大容量风机抽风，绝缘散热好，防尘效果好；当用于空间狭小，如煤矿、户外箱式变电站或户外箱式变压器内等时，由于无法配置整柜，可将触摸屏、断路器等集成于单个有源电力滤波设备内，配置于现场，设备底座底部也可配置固定支架，可直接用地脚螺栓固定于地面上，安装牢固、可靠。

本实用新型的有源电力滤波设备针对工业现场存在各种问题，采用立式模块结构，具有散热效果好、设计裕量大、耐冲击性强、密封性、电气绝缘性高、单个模块容量大等特点，有效的解决了传统有源电力滤波设备在工业现场故障率高的缺点，使得设备后期的维护成本大大降低，节约了成本。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种有源电力滤波设备，包括立式柜体，其特征在于，所述立式柜体内容置有贯穿立式柜体高度方向的散热模块、以及沿立式柜体高度方向分布的消谐模块；

所述散热模块包括设置在立式柜体底部的用于驱使外部空气进入所述立式柜体的离心风机、以及用于将进入到立式柜体内的外部空气导流至立式柜体顶部以排出热量的风道；

所述消谐模块包括设置在立式柜体下部的用于对进入到设备内的电流进行分析处理并发送脉宽调制PWM信号的控制器件、用于生成与电网谐波电流幅值相等且极性相反的补偿电流的逆变器件、用于接收控制器件的信号并驱动所述逆变器件工作的驱动器件，以及设置在立式柜体上方的用于滤除补偿电流中的高频载波电流的滤波器件、用于抑制滤波器件谐振频率的有源阻尼回路。

2.根据权利要求1所述的有源电力滤波设备，其特征在于，所述风道包括设在立式柜体下部的与所述离心风机连通的第一风道、以及设在立式柜体上部的与所述第一风道连通的第二风道，所述滤波器件通过拱形安装板设在第二风道内，所述有源阻尼回路设置在所述第二风道与立式柜体外表面之间，所述逆变器件、控制器件以及驱动器件均设置在第一风道与立式柜体外表面之间。

3.根据权利要求2所述的有源电力滤波设备，其特征在于，所述第一风道和第二风道邻近立式柜体外表面的一侧均开口，所述第一风道的开口侧设有散热器以使第一风道形成封闭空间，所述逆变器件设置在所述散热器上以排出逆变器件产生的热量，所述驱动器件固定在所述逆变器件上以驱动逆变器件，所述控制器件通过第一安装板可转动连接在与第一风道位置对应处，所述有源阻尼回路通过第二安装板可转动连接在第二风道的开口侧以使第二风道形成封闭空间。

4.根据权利要求3所述的有源电力滤波设备，其特征在于，所述第二安装板与拱形安装板的用于安装滤波器件的安装面之间设有用于外部空气通过的间隙。

5.根据权利要求3所述的有源电力滤波设备，其特征在于，所述第二风道的出风口还设有用于防止灰尘进入的防尘网。

6.根据权利要求3所述的有源电力滤波设备，其特征在于，所述第一安装板上还设有用于向所述控制器件提供电源的电源器件。

7.根据权利要求1所述的有源电力滤波设备，其特征在于，所述消谐模块还包括设置在所述立式柜体上顶角处的用于三相电网进电的一次进电盒、以及与所述一次进电盒异侧设置的用于外部采集信号输入的二次线接线盒。

8.根据权利要求7所述的有源电力滤波设备，其特征在于，所述一次进电盒内设有用于与三相进电连接的、用于控制外部电网与消谐模块连接或断开的接触器、以及用于缓冲初次消谐模块电容充电的预充电回路。

9.根据权利要求1所述的有源电力滤波设备，其特征在于，所述立式柜体包括底座和连接在底座上的箱体，所述消谐模块设在所述箱体内，所述离心风机设在所述底座内并通过风道输送外部空气以排出热量。

10.根据权利要求9所述的有源电力滤波设备，其特征在于，所述底座的端部开有进风口，且所述底座的下表面设有行走轮。