CN218216689U - 一种全调谐滤波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全调谐滤波装置，第一电感L1和第二电感L2异名端相连，连接点接滤波支路；所述滤波支路包括熔断器、低压滤波电容器和低压滤波电抗器；熔断器输入端连接于平衡电抗器的异名端连接点处，熔断器输出端连接低压滤波电容器输入端，所述低压滤波电容器输出端连接低压滤波电抗器输入端；放电电阻与各次滤波支路并联，所述放电电阻的输入端连接平衡电抗器第一电感L1的输出端与负载，放电电阻的输出端连接低压滤波电抗器输出端；本实用新型实现谐波滤除率大于95％，并且成本低、可靠性高，容量大，可以应用在低频域，也可应用在高压、高频、大功率的场合，滤波效果受电网波动的影响也比较小。

Description

一种全调谐滤波装置

技术领域

本实用新型涉及电路设计技术领域，尤其涉及一种全调谐滤波装置。

背景技术

随着电力电子技术的迅速发展，工业系统中大量采用可控硅技术及其硅整流设备、换流逆变设备，这些非线性负荷在系统中产生大量谐波，从而影响了电能质量并造成经济损失。谐波的危害较多，对电力系统的主要危害如下：

(1)对旋转设备和变压器的主要危害是引起附加损耗和发热增加，导致局部过热、绝缘老化，缩短设备使用寿命。此外谐波还会引起旋转设备和变压器振动并发出噪声，长时间的振动会造成金属疲劳和机械损坏。

(2)谐波对线路的主要危害是引起附加损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用效率。

(3)当谐波频率与系统的固有频率相等时，会产生并联谐振，使谐波放大几倍，甚至几十倍。当谐波引起系统谐振时，谐波电压升高，谐波电流增大，引起继电保护及自动本实用新型误动，损坏系统设备(如电力电缆等)，引发系统事故，威胁电力系统的安全运行。

(4)谐波会对邻近的通信系统造成明显的干扰，降低通信质量，增加电力系统的功率损耗(如线损)，使无功补偿设备不能正常运行等,给系统和用户带来危害。

介于以上问题，所以对系统谐波的滤除十分必要，目前关于滤波主要有以下几种：

1、有源滤波器(APF)：由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成运算放大器)组成。有源滤波器自身就是谐波源。其依靠电力电子本实用新型，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等、相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。其优点是反映动作迅速，谐波滤除率可达到95％以上。缺点为价格高，容量小。由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟，所以当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。其运行可靠性也不及无源，它的通带范围受有源器件(如集成运算放大器)的带宽限制，需要直流电源供电，在高压、高频、大功率的场合不适用。

2、传统无源滤波器：是一种仅由无源元件(R、L和C)组成的滤波器，利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。无源滤波器通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻(调谐滤波)状态,给某次谐波电流构成一个低阻态通路，这样谐波电流就不会流入系统。无源滤波器是目前广泛应用的电力滤波本实用新型，主要分为单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器。无源滤波器的优点为成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大，不需要直流电源供电，可靠性高。缺点为谐波滤除率一般只有80％，滤波支路的阻抗匹配存在较大的困难，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大，在低频域不适用，滤波效果受电网情况的影响也比较大。

传统无源滤波器的滤波效果随系统运行情况而变化，特别是对交流电源的阻抗和频率的变化极其敏感，在这种情况下难以保证滤波效果。

实用新型内容

本实用新型为解决上述问题，提供一种全调谐滤波装置，实现谐波滤除率大于95％，并且成本低、可靠性高，容量大，可以应用在低频域，也可应用在高压、高频、大功率的场合，滤波效果受电网波动的影响也比较小。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

全调谐滤波装置包括连接于电源和负载之间的平衡电抗器，平衡电抗器包括第一电感L1和第二电感L2；所述第一电感L1和第二电感L2两个线圈的绕向相反、匝数相等，异名端相连，连接点接滤波支路；所述滤波支路包括熔断器、低压滤波电容器和低压滤波电抗器；低压滤波电抗器包括铁芯和线圈；熔断器输入端连接于平衡电抗器的异名端连接点处，熔断器输出端连接低压滤波电容器输入端，所述低压滤波电容器输出端连接低压滤波电抗器输入端；低压滤波电抗器输出端连接放电电阻输出端；两条以上所述滤波支路组成滤波网络，各滤波支路并联连接；当非线性负载侧作为谐波源时，负载侧的谐波电流Ix通过平衡电抗器第一电感L1的耦合作用感应到第二电感L2上产生相应频次的谐波电压，滤波网络中产生一个电流Iy，使得Iy＝Ix，从而滤除负载侧谐波。

上述全调谐滤波装置中，每个独立负载电路连接有多条滤波支路。

上述全调谐滤波装置中，还包括第一真空交流接触器KM1、第二真空交流接触器KM2、第三真空交流接触器KM3和断路器QF1；第一真空交流接触器KM1的输入端连接系统电源主母线，第一真空交流接触器KM1的输出端连接第二电感L2输入端；第二真空交流接触器KM2的输入端连接系统电源主母线，第二真空交流接触器KM2的输出端连接负载；第三真空交流接触器KM3的输入端连接第一电感L1的输出端，第三真空交流接触器KM3的输出端连接放电电阻输入端；断路器QF1的输入端连接第一电感L1的输出端，断路器QF1的输出端连接负载；第二真空交流接触器KM2用于通断负载，第一真空交流接触器KM1与断路器QF1配合，用于通断滤波网络和平衡电抗器回路，保证更换或维修装置时负载侧不断电，第三真空交流接触器KM3用于通断电容放电回路；第一真空交流接触器KM1还连接有用于控制真空交流接触器的闭合和断开的热继电器KH1。

上述全调谐滤波装置中，还包括熔断器，熔断器串联连接于每条滤波支路中，保护各滤波支路的安全运行，当电流超过系统额定电流时，熔断器熔断，各滤波支路断开。

采用本实用新型产生的有益效果为：

1)解决了现有无源滤波技术不能实现谐波滤除率大于95％的技术问题，能够实现滤波效果满足国标要求；

2)成本低、可靠性高，容量大，可以应用在低频域，也可应用在高压、高频、大功率的场合，滤波效果受电网波动的影响也比较小。

附图说明

图1为本发明的电气原理示意图。

图2为本实用新型的实施结构示意图

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参考图1和图2，本实用新型串联在非线性负载前端，主要包含平衡电抗器、低压滤波电容器、低压滤波电抗器、真空交流接触器、断路器、熔断器、热继电器、放电电阻等。平衡电抗器包括第一电感L1和第二电感L2；所述第一电感L1和第二电感L2两个线圈的绕向相反、匝数相等，异名端相连，连接点接滤波支路；所述滤波支路包括熔断器、低压滤波电容器和低压滤波电抗器；低压滤波电抗器包括铁芯和线圈；熔断器输入端连接于平衡电抗器的异名端连接点处，熔断器输出端连接低压滤波电容器输入端，所述低压滤波电容器输出端连接低压滤波电抗器输入端；低压滤波电抗器输出端连接放电电阻输出端；两条以上所述滤波支路组成滤波网络，各滤波支路并联连接。还包括第一真空交流接触器KM1、第二真空交流接触器KM2、第三真空交流接触器KM3和断路器QF1；第一真空交流接触器KM1的输入端连接系统电源主母线，第一真空交流接触器KM1的输出端连接第二电感L2输入端；第二真空交流接触器KM2的输入端连接系统电源主母线，第二真空交流接触器KM2的输出端连接负载；第三真空交流接触器KM3的输入端连接第一电感L1的输出端，第三真空交流接触器KM3的输出端连接放电电阻输入端；断路器QF1的输入端连接第一电感L1的输出端，断路器QF1的输出端连接负载；第二真空交流接触器KM2用于通断负载，第一真空交流接触器KM1与断路器QF1配合，用于通断滤波网络和平衡电抗器回路，保证更换或维修装置时负载侧不断电，第三真空交流接触器KM3用于通断电容放电回路；第一真空交流接触器KM1还连接有用于控制真空交流接触器的闭合和断开的热继电器KH1。

平衡电抗器：由铁芯和线圈两部分构成，安装在非线性负载前端，该电抗器有两个线圈，两个线圈的绕向相反、匝数相等，异名端相连，连接点接滤波网络。主要作用是将用户侧的谐波电流感应出相应频次的谐波电压，然后与设计精确的滤波网络共同作用，来滤除谐波。

低压滤波电容器和低压滤波电抗器：组成不同频次的滤波支路，连接于平衡电抗器的异名端连接点处。根据不同频次的谐波电流、谐波电压，设计各次滤波支路下的低压滤波电容器和低压滤波电抗器参数，设计时各滤波支路不光考虑本支路需要滤除的主要频次谐波，还需综合考虑兼顾其他频次的谐波，使整个滤波网络的谐波滤除率达到95％。

真空交流接触器：用于通断负载、滤波网络、平衡电抗器回路以及电容放电回路，保证更换或维修本发明时负载侧不断电。

断路器：与第一真空交流接触器KM1配合，用于通断滤波网络和平衡电抗器回路。

熔断器：为了保护各滤波支路的安全运行，当电流超过系统额定电流时，熔断器熔断，各滤波支路断开。

热继电器：用于控制真空交流接触器的闭合和断开，从而通断负载、滤波网络、平衡电抗器回路以及电容放电回路。

放电电阻：与各次滤波支路并联，用于低压滤波电容器的充放电电流流过，防止干扰电路的稳定工作。

理论上，本本实用新型的原理与传统无源滤波器基本一致，都是通过电容、电感的组合设计对某次谐波构成低阻抗旁路，但区别在于，传统无源滤波器的滤波效果随系统运行情况而变化，特别是对交流电源的阻抗和频率的变化极其敏感，在这种情况下难以保证滤波效果。本实用新型加入了平衡电抗器，解决了传统无源滤波器滤波效果不理想的问题，滤波原理为：因系统电压谐波较少，可将系统电压源看作理想正弦波电源。当非线性负载侧作为谐波源时，负载侧的谐波电流Ix可通过平衡电抗器第一电感L1的耦合作用感应到第二电感L2上产生相应频次的谐波电压，而在下端的滤波网络中可设计精准的电感、电容滤波网络，使其产生一个Iy，使得Iy＝Ix，则系统侧就无谐波，从而达到滤除负载侧谐波的条件。

因此，本实用新型能够根据不同的用户需求，匹配相应的滤波支路，从而准确、定向的滤除固定次数的谐波，受系统侧影响较小。

本实用新型成本低、可靠性高，容量大，可以应用在低频域，也可应用在高压、高频、大功率的场合，滤波效果受电网波动的影响也比较小。

以上内容是结合具体实施例对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只限于此。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种全调谐滤波装置，其特征在于：包括连接于电源和负载之间的平衡电抗器，平衡电抗器包括第一电感L1和第二电感L2；所述第一电感L1和第二电感L2两个线圈的绕向相反、匝数相等，异名端相连，连接点接滤波支路；所述滤波支路包括熔断器、低压滤波电容器和低压滤波电抗器；低压滤波电抗器包括铁芯和线圈；熔断器输入端连接于平衡电抗器的异名端连接点处，熔断器输出端连接低压滤波电容器输入端，所述低压滤波电容器输出端连接低压滤波电抗器输入端；低压滤波电抗器输出端连接放电电阻输出端；两条以上所述滤波支路组成滤波网络，各滤波支路并联连接；当非线性负载侧作为谐波源时，负载侧的谐波电流Ix通过平衡电抗器第一电感L1的耦合作用感应到第二电感L2上产生相应频次的谐波电压，滤波网络中产生一个电流Iy，使得Iy＝Ix，从而滤除负载侧谐波。

2.根据权利要求1所述的全调谐滤波装置，其特征在于：每个独立负载电路连接有两条以上滤波支路。

3.根据权利要求1所述的全调谐滤波装置，其特征在于：还包括第一真空交流接触器KM1、第二真空交流接触器KM2、第三真空交流接触器KM3和断路器QF1；第一真空交流接触器KM1的输入端连接系统电源主母线，第一真空交流接触器KM1的输出端连接第二电感L2输入端；第二真空交流接触器KM2的输入端连接系统电源主母线，第二真空交流接触器KM2的输出端连接负载；第三真空交流接触器KM3的输入端连接第一电感L1的输出端，第三真空交流接触器KM3的输出端连接放电电阻输入端；断路器QF1的输入端连接第一电感L1的输出端，断路器QF1的输出端连接负载；第二真空交流接触器KM2用于通断负载，第一真空交流接触器KM1与断路器QF1配合，用于通断滤波网络和平衡电抗器回路，保证更换或维修装置时负载侧不断电，第三真空交流接触器KM3用于通断电容放电回路；第一真空交流接触器KM1还连接有用于控制真空交流接触器的闭合和断开的热继电器KH1。

4.根据权利要求1所述的全调谐滤波装置，其特征在于：还包括熔断器，熔断器串联连接于每组滤波支路中，保护各滤波支路的安全运行，当电流超过系统额定电流时，熔断器熔断，各滤波支路断开。

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