CN210898534U

CN210898534U - 有源电力滤波柜体

Info

Publication number: CN210898534U
Application number: CN201922356952.8U
Authority: CN
Inventors: 马福佳; 石志学
Original assignee: Beijing Etechwin Electric Co Ltd
Current assignee: Beijing Etechwin Electric Co Ltd
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-24

Abstract

本实用新型提供一种有源电力滤波柜体，所述滤波柜体的前侧布置有IGBT模块中的需要维护的元件、PCB控制板、二次元件和接线端子，所述滤波柜体的后侧具有分层结构，并且分层结构包括与电抗器、应急电源、预充电回路、所述IGBT模块中的除需要维护的元件之外的其余元件分别对应的四个层。本实用新型提供的有源电力滤波柜体可通过将需要维护的元件布置在滤波柜体的前侧来提高维护的便利性，并可通过具有与电抗器、应急电源、预充电回路、IGBT模块中的除需要维护的元件之外的其余元件分别对应的四个层的后侧结构来有效利用柜体空间。

Description

有源电力滤波柜体

技术领域

本实用新型涉及一种电力柜体，尤其是涉及一种有源电力滤波柜体。

背景技术

在电力系统中，控制谐波含量占比对系统稳定运行起到了关键作用。具体地讲，在电力系统中，谐波含量过大，引起系统谐振，引起谐波放大，导致危险的过电压和过电流；谐波含量过大，会降低系统的可再生能源渗透率，因此，控制谐波含量意义重大。

当前，通常采用滤波电路来控制谐波，并且滤波电路的主要元件和/或全部元件安装在滤波柜体中。目前的滤波柜体通常具有复杂的布局，不利于维护，并且无法有效利用柜体空间。

实用新型内容

本实用新型提供一种滤波柜体，以提高维护的便利性和有效利用柜体空间。

根据本实用新型的一方面，提供一种有源电力滤波柜体，所述滤波柜体的前侧布置有IGBT模块中的需要维护的元件、PCB控制板、二次元件和接线端子，所述滤波柜体的后侧具有分层结构，并且分层结构包括与电抗器、应急电源、预充电回路、所述IGBT模块中的除需要维护的元件之外的其余元件分别对应的四个层。

可选地，所述电抗器可位于所述滤波柜体的散热风道回路内。

可选地，所述滤波柜体可布置有应用于中压系统的动态扰动控制系统滤波装置。

可选地，所述动态扰动控制系统滤波装置可采用单极倍频的调制方式。

可选地，所述动态扰动控制系统滤波装置可包括：三个单相H桥逆变器，所述三个单相H桥逆变器是所述IGBT模块中的需要维护的元件；三个滤波电路，所述三个滤波电路分别连接到所述三个单相H桥逆变器中的相应的一个单相H桥逆变器；三个单相变压器，所述三个单相变压器的低压侧分别连接到所述三个滤波电路中的相应的一个滤波电路，所述三个单相变压器的高压侧分别连接在所述中压系统的相应的两个相之间，其中，所述三个滤波电路布置在所述滤波柜体内，所述三个单相变压器布置在所述滤波柜体外。

可选地，每个H桥逆变器可包括第一桥臂、第二桥臂和一个直流电容器，其中，每个H桥逆变器的第一桥臂和第二桥臂的两端分别连接到一起，形成单相H桥逆变器的直流母线，其中，所述两端中的第一端的直流母线为正极母线，所述两端中的第二端的直流母线为负极母线，其中，所述一个直流电容器连接在所述正极母线和所述负极母线之间。

可选地，所述三个滤波电路可均为LCL滤波器，其中，每个LCL滤波器包括第一电抗器、第二电抗器和交流滤波电容器，其中，在每个LCL滤波器中，所述第一电抗器的第一端连接到所述相应的一个单相H桥逆变器的第一输出端，所述交流滤波电容器的第一端和所述相应的一个单相H桥逆变器的第二输出端共同连接到第一节点，其中，所述第一电抗器的第二端、所述交流滤波电容器的第二端和所述第二电抗器的第一端共同连接到第二节点，其中，所述第一电抗器和所述第二电抗器均是电感器。

可选地，所述动态扰动控制系统滤波装置还可包括：三个开关电路，每个开关电路连接在所述三个LCL滤波器中的相应的一个LCL滤波器和所述三个单相变压器中的相应的一个单相变压器之间，其中，每个开关电路包括交流接触器和预充电回路，其中，在每个开关电路中，所述交流接触器的第一端连接到相应的一个LCL滤波器的第二电抗器的第二端，并且与所述预充电回路并联连接。

可选地，每个开关电路还可包括熔断器、L极断路器、N极断路器，其中，在每个开关电路中，所述交流接触器的第二端连接到所述熔断器的第一端，所述熔断器的第二端连接到所述L极断路器的第一端，其中，在每个开关电路中，所述N极断路器的第一端连接到所述相应的一个LCL滤波器中的第一节点。

可选地，在每个开关电路中，所述L极断路器的第二端可连接到所述相应的一个单相变压器的低压侧的第一端，所述N极断路器的第二端可连接到所述相应的一个单相变压器的低压侧的第二端。

可选地，每个单相变压器可以是隔离变压器。

本实用新型提供的滤波柜体通过将需要维护的元件布置在滤波柜体的前侧来提高维护的便利性，并通过具有与电抗器、应急电源、预充电回路、IGBT模块中的除需要维护的元件之外的其余元件分别对应的四个层的后侧结构来有效利用柜体空间。

此外，本实用新型提供的滤波柜体通过将电抗器布置在滤波柜体的散热风道回路内，来有效地降低电抗器的运行温度，并提高了电抗器的可靠性。

此外，本实用新型提供的滤波柜体通过布置有采用单极倍频的调制方式的动态扰动控制系统滤波装置，来有效降低LCL滤波器的电感大小，降低电抗器的成本，提高动态扰动控制系统的电流快速准确跟踪能力。

此外，本实用新型提供的滤波柜体通过布置有具有三相对称的电路拓扑图结构的动态扰动控制系统滤波装置，来实现三相系统各相谐波电流的分相补偿和解耦控制。

此外，本实用新型提供的滤波柜体通过布置有采用LCL滤波器的动态扰动控制系统滤波装置，来有效滤除开关器件产生的高频纹波含量，具有良好的谐波电流动态跟踪能力，能对谐波电流进行快速有效的补偿，保证电网的安全稳定运行，并有效提高微电网系统的电能质量。

此外，本实用新型提供的滤波柜体通过布置有通过将逆变器产生的补偿谐波电流通过隔离变压器耦合到中压系统中的动态扰动控制系统滤波装置，来避开开关器件耐压水平受限的缺点，降低IGBT模块的耐压等级，结构简单，降低器件成本。

附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本实用新型的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本实用新型的示例性实施例的滤波柜体的正视图；

图2示出根据本实用新型的示例性实施例的滤波柜体的后视图；

图3示出根据本实用新型的示例性实施例的滤波柜体的侧视图；

图4示出根据本实用新型的示例性实施例的动态扰动控制系统滤波装置应用于电网的拓扑图。

附图标记说明：

1：IGBT模块；2：电抗器；3：交流滤波电容；4：交流接触器；5：熔断器；6：L极断路器；7：N极断路器；8：预充电回路；9：PCB控制板；10：二次元件；11：接线端子；12：应急电源12；100：滤波柜体；400：动态扰动控制系统滤波装置；411、412和413：单相H桥逆变器；421、422和423：滤波电路；431、432和433：单相变压器；441、442和443：开关电路。

具体实施方式

现将详细参照本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本实用新型。

图1示出根据本实用新型的示例性实施例的有源电力滤波柜体100的正视图。

参照图1，根据本实用新型的示例性实施例的有源电力滤波柜体100的前侧可布置有IGBT模块1中的需要维护的元件。此外，根据一个示例性实施例，根据本实用新型的示例性实施例的滤波柜体100的前侧还可布置有PCB控制板9、二次元件10和接线端子11。由于需要维护的电子元件被布置在根据本实用新型的示例性实施例的滤波柜体10的前侧，所以这些需要维护的电子元件便于维护。

可选地，本实用新型的示例性实施例的滤波柜体10的前侧还可布置有开关元件。根据一个示例性实施例，开关元件可包括熔断器5、L极断路器6和N极断路器7。然而，本实用新型不限于此，并且开关元件还可包括任何其他类型的开关元件。

图2示出根据本实用新型的示例性实施例的滤波柜体100的后视图。

参照图2，根据本实用新型的示例性实施例的滤波柜体100的后侧可具有分层结构。根据一个示例性实施例，分层结构包括与电抗器2、应急电源12、预充电回路8、IGBT模块1中的除需要维护的元件之外的其余元件分别对应的四个层。根据上述示例性实施例，通过将滤波柜体100的后侧布置为具有与电抗器2、应急电源12、预充电回路8、IGBT模块1中的除需要维护的元件之外的其余元件分别对应的四个层，滤波柜体100的柜体空间可被有效利用。

可选地，IGBT模块1下方设置散热风扇，驱动柜体内气流沿图3所示方向循环流动，对柜体内各部件进行冷却散热。如图3所示，冷却气流从柜体下部外围进入柜体内部，在散热风扇驱动下，冷却气流经过电抗器2、交流滤波电容3、交流接触器4、预充电回路8和IGBT模块1到达柜体顶部，经过热交换后形成的热气流从柜体顶部流向柜体周围。电抗器2位于滤波柜体100的散热风道回路内，可有效地降低了电抗器2的运行温度，并提高了电抗器2的可靠性。

可选地，根据本实用新型的示例性实施例的滤波柜体100的后侧还可包括交流滤波电容3和交流接触器4。根据一个示例性实施例，交流滤波电容3和交流接触器4可位于与预充电回路8对应的层。

图3示出根据本实用新型的示例性实施例的滤波柜体100的后视图。

图3中的从右向左的方向可对应于正视图的方向，图3中的从左向右的方向可对应于后视图的方向。

图4示出根据本实用新型的示例性实施例的动态扰动控制系统滤波装置400应用于电网的拓扑图。

根据本实用新型的示例性实施例的动态扰动控制系统滤波装置400可布置在根据本实用新型的示例性实施例的滤波柜体100中。根据一个示例性实施例，动态扰动控制系统滤波装置400可应用于中压系统。例如，动态扰动控制系统滤波装置400可应用于中压微电网系统。

在现有技术中，中压系统普遍采用传统的无源滤波器进行谐波抑制，但其缺点是只能抑制固定的一次或者几次谐波电流，与其相比，动态扰动控制系统具有连续无级的谐波补偿和极高的快速响应性能；受电网阻抗的影响小，不容易和电网阻抗发生谐振。因此，动态扰动控制系统滤波装置400可以以高可靠性解决中压微电网系统谐波抑制问题。动态扰动控制系统滤波装置400是基于电流检测和电流注入技术的大功率电力电子装置。

下面将进一步结合图4描述根据本实用新型的示例性实施例的动态扰动控制系统滤波装置400的拓扑图。

参照图4，动态扰动控制系统滤波装置400可包括三个单相H桥逆变器411、412和413、三个滤波电路421、422和423以及三个单相变压器431、432和433。此外，可选地，动态扰动控制系统滤波装置400还可包括三个开关电路441、442和443。每个开关电路连接在所述三个LCL滤波器中的相应的一个LCL滤波器和所述三个单相变压器中的相应的一个单相变压器之间。例如，三个开关电路441、442和443可分别连接在滤波电路421和单相变压器431之间、滤波电路422和单相变压器432之间以及滤波电路423和单相变压器433之间。然而，开关电路的布置位置不限于此，其他任何布置位置也是可行的。

结合图1和图4，三个单相H桥逆变器411、412和413可以是IGBT模块1中的需要维护的元件。

参照图4，三个滤波电路421、422和423可分别连接到三个单相H桥逆变器411、412和413中的相应的一个单相H桥逆变器。具体地讲，滤波电路421可连接到单相H桥逆变器411，滤波电路422可连接到单相H桥逆变器412，滤波电路423可连接到单相H桥逆变器413。

此外，三个单相变压器431、432和433可分别连接在三个单相H桥逆变器411、412和413中的相应的一个单相H桥逆变器与中压系统的相应的两个相之间。具体地讲，三个单相变压器431、432和433的低压侧可分别连接到三个滤波电路421、422和423中的相应的一个滤波电路，三个单相变压器431、432和433的高压侧分别连接在所述中压系统的相应的两个相之间。作为示例，这里，单相变压器431的低压侧可连接到滤波电路421，单相变压器421的高压侧分别连接在中压系统的A相和B相之间；单相变压器432的低压侧可连接到滤波电路422，单相变压器422的高压侧分别连接在中压系统的B相和C相之间；单相变压器433的低压侧可连接到滤波电路423，单相变压器423的高压侧分别连接在中压系统的C相和A相之间。

可选地，三个滤波电路421、422和423布置在滤波柜体100内，所述三个单相变压器布置在滤波柜体100外。然而，上述配置仅是示例性的，上述元件的布置位置可根据实际需要进行更改。

这里，三个单相H桥逆变器411、412和413均具有相同或相似的结构，三个滤波电路421、422和423均具有相同或相似的结构，三个单相变压器431、432和433均具有相同或相似的结构。也就是说，根据本实用新型的电路拓扑图结构三相对称，可以实现三相系统各相谐波电流的分相补偿和解耦控制。可选地，此外，三个单相H桥逆变器411、412和413中的每个可采用级联的方式将模块耐压做到中压等级直接接入10kV或其他中压等级的电网。此外，为了简明，下面将对单相H桥逆变器411、滤波电路421和单相变压器431的结构进行描述，并省略与其分别具有相同或相似结构的元件和/或电路的描述。

参照图4，单相H桥逆变器411可包括第一桥臂、第二桥臂和一个直流电容器C。这里，第一桥臂和第二桥臂的两端分别连接到一起，形成单相H桥逆变器411的直流母线。两端中的第一端的直流母线为正极母线，两端中的第二端的直流母线为负极母线。直流电容器C连接在正极母线和负极母线之间。

根据本实用新型的示例实施例，三个滤波电路421、422和423均为LCL滤波器。通过采用LCL滤波器，动态扰动控制系统滤波装置400可有效滤除例如开关器件产生的高频纹波含量。

这里，每个LCL滤波器可包括第一电抗器、第二电抗器和交流滤波电容器，其中，在每个LCL滤波器中，第一电抗器的第一端连接到相应的一个单相H桥逆变器的第一输出端，交流滤波电容器的第一端和该相应的一个单相H桥逆变器的第二输出端共同连接到第一节点。此外，第一电抗器的第二端、交流滤波电容器的第二端和第二电抗器的第一端共同连接到第二节点。根据本实用新型的示例实施例，第一电抗器和第二电抗器均是电感器。下面以滤波电路421是LCL滤波器为例进行说明，并且对滤波电路421的描述可类似地应用于滤波电路422和423。

结合图4，滤波电路421可包括电抗器2(即，第一电抗器L_a1和第二电抗器L_a2)和交流滤波电容器3(即，交流滤波电容器C_a)，其中，第一电抗器L_a1的第一端连接到单相H桥逆变器411的第一输出端，交流滤波电容器C_a的第一端和单相H桥逆变器411的第二输出端共同连接到第一节点。此外，第一电抗器的第二端、交流滤波电容器C_a的第二端和第二电抗器L_a2的第一端共同连接到第二节点。

根据本实用新型的示例实施例，当动态扰动控制系统滤波装置400还包括三个开关电路441、442和443时，三个开关电路441、442和443可分别包括交流接触器和预充电回路。在每个开关电路中，交流接触器的第一端连接到相应的一个LCL滤波器的第二电抗器的第二端，并且与预充电回路并联连接。下面以开关电路441为例进行说明，并且对开关电路441的结构的描述可类似应用于开关电路442和443。

这里，开关电路441可包括交流接触器4(即，交流接触器KM1)和预充电回路8。这里，交流接触器4的第一端连接到滤波电路421的第二电抗器L_a2的第二端，并且与预充电回路8并联连接。作为示例，预充电回路8可包括串联连接的交流接触器KM2和电阻器R1。

此外，可选地，开关电路441还可包括熔断器5(即，熔断器FU1)、L极断路器6(即，L极断路器QF1)、N极断路器7(即，N极断路器QF2)。在开关电路441中，交流接触器4的第二端连接到熔断器5的第一端，熔断器5的第二端连接到L极断路器6的第一端。另外，在开关电路441中，N极断路器7的第一端连接到第一节点。L极断路器6的第二端连接到相应的单相变压器T的低压侧的第一端，N极断路器7的第二端连接到该相应单相变压器T的低压侧的第二端。

根据本实用新型的示例实施例，每个单相变压器T可以是隔离变压器。这里，隔离变压器采用并联接入电网的连接方式。根据本实用新型的示例实施例的动态扰动控制系统滤波装置400可采用通过隔离变压器耦合的方式起到补偿电网谐波的功能。更具体地讲，根据本实用新型的示例实施例的动态扰动控制系统滤波装置400可通过隔离变压器升压后直接接入中压系统中来将逆变器产生的补偿谐波电流通过隔离变压器耦合到中压系统中，降低IGBT模块的耐压等级，避开开关器件耐压水平受限的缺点，结构简单，降低器件成本。

根据本实用新型的一个实施例，本实用新型的隔离变压器可采用Diii结构，设计变压器漏感百分比小，可极大避免变压器漏感对谐波相位角偏移的影响，利用软件优化即可实现谐波补偿的能力。

此外，根据本实用新型的示例实施例，动态扰动控制系统滤波装置400可采用单极倍频的调制方式，此种调制方式与双极调制相比，可有效降低LCL滤波器的电感大小，降低电抗器的成本，提高动态扰动控制系统滤波装置400的电流快速准确跟踪能力。进一步地，动态扰动控制系统滤波装置400可具有良好的谐波电流动态跟踪能力，能对谐波电流进行快速有效的补偿，保证电网的安全稳定运行，有效提高微电网系统的电能质量。

虽然已表示和描述了本实用新型的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims

1.一种有源电力滤波柜体，其特征在于，所述滤波柜体的前侧布置有IGBT模块中的需要维护的元件、PCB控制板、二次元件和接线端子，所述滤波柜体的后侧具有分层结构，并且分层结构包括与电抗器、应急电源、预充电回路、所述IGBT模块中的除需要维护的元件之外的其余元件分别对应的四个层。

2.根据权利要求1所述的滤波柜体，其特征在于，所述电抗器位于所述滤波柜体的散热风道回路内。

3.根据权利要求1所述的滤波柜体，其特征在于，所述滤波柜体布置有应用于中压系统的动态扰动控制系统滤波装置。

4.根据权利要求3所述的滤波柜体，其特征在于，所述动态扰动控制系统滤波装置采用单极倍频的调制方式。

5.根据权利要求3所述的滤波柜体，其特征在于，所述动态扰动控制系统滤波装置包括：

三个单相H桥逆变器，所述三个单相H桥逆变器是所述IGBT模块中的需要维护的元件；

三个滤波电路，所述三个滤波电路分别连接到所述三个单相H桥逆变器中的相应的一个单相H桥逆变器；

三个单相变压器，所述三个单相变压器的低压侧分别连接到所述三个滤波电路中的相应的一个滤波电路，所述三个单相变压器的高压侧分别连接在所述中压系统的相应的两个相之间，

其中，所述三个滤波电路布置在所述滤波柜体内，所述三个单相变压器布置在所述滤波柜体外。

6.根据权利要求5所述的滤波柜体，其特征在于，每个H桥逆变器包括第一桥臂、第二桥臂和一个直流电容器，

其中，每个H桥逆变器的第一桥臂和第二桥臂的两端分别连接到一起，形成单相H桥逆变器的直流母线，

其中，所述两端中的第一端的直流母线为正极母线，所述两端中的第二端的直流母线为负极母线，

其中，所述一个直流电容器连接在所述正极母线和所述负极母线之间。

7.根据权利要求5所述的滤波柜体，其特征在于，其中，所述三个滤波电路均为LCL滤波器，

其中，每个LCL滤波器包括第一电抗器、第二电抗器和交流滤波电容器，

其中，在每个LCL滤波器中，所述第一电抗器的第一端连接到所述相应的一个单相H桥逆变器的第一输出端，所述交流滤波电容器的第一端和所述相应的一个单相H桥逆变器的第二输出端共同连接到第一节点，

其中，所述第一电抗器的第二端、所述交流滤波电容器的第二端和所述第二电抗器的第一端共同连接到第二节点，

其中，所述第一电抗器和所述第二电抗器均是电感器。

8.根据权利要求7所述的滤波柜体，其特征在于，所述动态扰动控制系统滤波装置还包括：三个开关电路，每个开关电路连接在所述三个LCL滤波器中的相应的一个LCL滤波器和所述三个单相变压器中的相应的一个单相变压器之间，

其中，每个开关电路包括交流接触器和预充电回路，

其中，在每个开关电路中，所述交流接触器的第一端连接到相应的一个LCL滤波器的第二电抗器的第二端，并且与所述预充电回路并联连接。

9.根据权利要求8所述的滤波柜体，其特征在于，其中，每个开关电路还包括熔断器、L极断路器、N极断路器，

其中，在每个开关电路中，所述交流接触器的第二端连接到所述熔断器的第一端，所述熔断器的第二端连接到所述L极断路器的第一端，

其中，在每个开关电路中，所述N极断路器的第一端连接到所述相应的一个LCL滤波器中的第一节点。

10.根据权利要求9所述的滤波柜体，其特征在于，在每个开关电路中，所述L极断路器的第二端连接到所述相应的一个单相变压器的低压侧的第一端，所述N极断路器的第二端连接到所述相应的一个单相变压器的低压侧的第二端。

11.根据权利要求5所述的滤波柜体，其特征在于，每个单相变压器是隔离变压器。