CN2796213Y

CN2796213Y - 混合型大功率有源电力滤波器

Info

Publication number: CN2796213Y
Application number: CN 200520050899
Authority: CN
Inventors: 罗安; 范瑞祥
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2015-05-27

Abstract

本实用新型公开了一种混合型大功率有源电力滤波器，包括有源电力滤波器(APF)、无源电力滤波器(PF)，所述有源电力滤波器(APF)的输出接隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与串联谐振电路并联后与电容(C1)串接，再与无源滤波器(PF)、非线性负载并联后接到电网中。本实用新型的无源滤波器滤除主要特征谐波，有源电力滤波器支路补偿一定的无功功率的同时，对谐波进行动态实时治理。两者联合使用，既可克服APF容量要求大、成本高的缺点，又可使整个滤波系统获得良好的性能。

Description

混合型大功率有源电力滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种有源电力滤波器，特别涉及一种混合型大功率有源电力滤波器。

背景技术

随着电网中非线性负载的日益增多，电网中的谐波含量急剧上升，致使供电电压波形发生严重的畸变，严重影响了电网和电气设备的安全、经济运行，并危及广大用户的正常用电和生产。解决电网谐波污染的主要方法是加装谐波抑制装置。谐波抑制装置主要有无源电力滤波器或有源电力滤波器。

在电网中加装无源电力滤波器(PF)一直是传统补偿谐波的主要手段，其突出的优点是结构简单、运行可靠性高、运行费用低。但无源电力滤波器的滤波性能受电网频率、阻抗的影响较大。电网频率稍微偏离额定频率点，或电网阻抗的变化、滤波器元件的生产容差、老化或其它原因引起的参数偏离理想设计无源滤波器的滤波性能将大幅度下降。此外，无源滤波器是由大容量的电抗器和电容器组成，整机体积庞大，造价高。

有源电力滤波器APF作为一种能动态抑制谐波的电力电子装置更是广受关注。并出现了多种拓扑结构：单独型、多变流器混合型以及APF与PF混合型。由于大容量APF的成本相当高，而且自关断器件的容量有限，单独使用的APF仅适用于中低压、小功率系统。多变流器混合型APF的控制系统相当复杂和繁琐，而且成本更高，基本处于理论研究阶段，实用性不强。

APF与PF混合型主要有并联混合型有源电力滤波器和串联混合型有源电力滤波器。并联混合型有源电力滤波器可以实现的功能最为丰富，可用于：①补偿谐波电流；②补偿无功，补偿的多少可以根据需要连续调节；③补偿三相不对称电流；④补偿负序电流；⑤以上任意项的组合。其缺点之一是：由于电网基波电压直接或通过变压器加在逆变桥上，当负载谐波电流大时，这种拓扑结构中的有源电力滤波器的容量要求也大，因而难以应用于大功率系统中。另外一个缺点是：有源电力滤波器与无源电力滤波器之间存在谐波通道，造成有源电力滤波器注入的补偿电流又可能流入无源电力滤波器及系统中，无谓地增加无源电力滤波器的负担，而且也会影响谐波抑制的效果。串联混合型有源电力滤波器具有可变阻抗性质，它对基波的阻抗为0，对谐波却呈现高阻抗，阻止谐波电流流入电网，而迫使谐波电流流入LC滤波器。这种结构方式中的有源电力滤波器也可同时抑制电网背景谐波电压对负载供电电压的影响，还可抑制电网与无源滤波器之间可能发生的串并联谐振。其缺点是：当负载电流中存在无源滤波器不能滤除的谐波时，由于有源滤波器强制这部分谐波流入无源滤波器，这将在负载端产生谐波电压。因此，对于这种结构方式，抑制负载谐波电流和抑制负载端谐波电压是不可调和。此外，由于有源滤波器串联在系统中，绝缘较困难，维修起来也很不方便。并且在正常工作时，注入变压器流过所有的负载电流，特别是在耦合变压器的二次侧，线路热损增加，滤波器结构也会很庞大，因此，串联型有源滤波器仅适用于低压、小功率场合。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种混合型大功率有源电力滤波器。这种混合型大功率有源电力滤波器结构简单，并能较好治理大功率电网中电网中的谐波，同时能够补偿大容量的无功功率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：混合型大功率有源电力滤波器包括有源电力滤波器APF、无源电力滤波器PF，所述有源电力滤波器APF的输出接隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与串联谐振电路并联后与电容C1串接，再与无源滤波器PF、非线性负载并联后接到电网中。

上述的无源滤波器由单调谐LC滤波器构成。

上述隔离变压器的原副边的匝数比为1∶2。

上述串联谐振电路的谐振频率为电网基波频率。

上述无源滤波器PF、非线性负载并联后经电感L4接到电网中。

本实用新型的有益效果是：1)L₂、C₂在基波频率产生串联谐振，因此C₁将承担大部分电网电压，有源滤波器主要承受谐波电压，因而有利于减小有源滤波器的容量，降低成本。2)电压源型逆变器输出的PWM波经电感L₃和电容C₃滤波后，波形即可满足要求，经变比为1∶2的隔离变压器后输出，这样逆变器的直流侧电压不必很高就能适合于高电压等级条件下的谐波治理。3)电压源型逆变器的直流侧电压与交流电网额定电压之比较低，与传统的串联型或并联型混合有源电力滤波器相比有较大下降。

综上所述，本实用新型的无源滤波器滤除主要特征谐波，有源电力滤波器支路补偿一定的无功功率的同时，对谐波进行动态实时治理。两者联合使用，既可克服APF容量要求大、成本高的缺点，又可使整个滤波系统获得良好的性能。

附图说明

图1是本实用新型的结构图。

图2是有源电力滤波器的电路结构图。

图3是IGBT缓冲电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型专利进一步说明。

参见图1，图1中，L₁为电网自身的阻抗，CT是电流互感器，它监测电网谐波电流，并把信号传送给APF用于产生参考补偿信号。L₂、C₂联连接，并且选取适当的L₂、C₂使其在基波频率处产生串联谐振，因此C₁将承担大部分电网电压，有源滤波器承受较小的谐波电压；有源滤波器通过隔离变压器与基波谐振电路并联，电容C₁和上述并联支路串联后接入交流电网。有源滤波器选用的是电压源型的有源滤波器，其直流侧储能元件为大电容。电压源型的有源滤波器输出的PWM电压波经电感L₃和电容C₃滤除后接至隔离变压器的原边，隔离变压器的原副边的匝数比为1∶2。

电感L₄抑制非线性负载发出的谐波电流流入电网，使其转流入LC无源滤波器，并且可以抑制由有源滤波器发出的谐波因为LC谐振造成的过流，有效的改善了滤波特性和系统运行的安全性。

参见图2，图2为有源电力滤波器的主电路，有源滤波器的主电路如图2所示。隔离变压器的输出首先经二极管整流，然后再经电容平波，电容平波后的直流电压经过IGBT逆变桥输出，再经过输出滤波器滤除高频毛刺后，输出谐波电压。在每一相IGBT桥上由快速恢复二极管，电容，电阻构成吸收保护电路，其工作原理为：

第一阶段：关断瞬间IGBT与缓冲电容的换流过程。

这一阶段实际上就是负载电流转换过程。当IGBT1被关断的瞬间，其流过的电流迅速减少，但由于感性负载的电流i_L不可能立刻变化，因此，负载电流通过缓冲电容Cs和快速恢复二极管Ds组成的电路流通。

第二阶段：回路上过电压产生过程。

当PWM控制的逆变器是“零矢量”开关模式时(即上下两个IGBT模块均处于关断状态)，过电压最严重。以这种模式为例，讨论第二阶段的工作过程。此时，通过缓冲电容Cs和快速恢复二极管Ds的负载电流I_L将要减小，而由于线路上杂散寄生电感Ls和Ls′的存在，将产生一个浪涌反电动势u_s阻止电流的减小。当

ω_{0} = \sqrt{\frac{1}{L_{m} C_{s}}},

电路发生杂散寄生电感Lm与缓冲电容Cs的谐振振荡，并且在此谐振过程进行到

ω_{0} t_{s} = \frac{π}{2}

时，缓冲电容Cs电压达到最大，谐振电流i_L＝0。

第三阶段：缓冲电容Cs的放电过程。

当缓冲电容电压达到最大值之后，电容Cs开始通过电阻Rs、直流电源和负载放电。在放电期间，认为负载是恒流源。由于储能电容C₀远远大于Cs，把C₀看成是恒压源。

在图3中，U_d为直流电源，i_L为感性负载的电流，Cs为缓冲电容，Ds为快速恢复二极管，Ls和Ls′为线路上杂散寄生电感，u_s为浪涌反电动势，IGBT的触发采用双窄脉冲触发方式。

Claims

1、一种混合型大功率有源电力滤波器，包括有源电力滤波器(APF)、无源电力滤波器(PF)，其特征是：所述有源电力滤波器(APF)的输出接隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与串联谐振电路并联后与电容(C1)串接，再与无源滤波器(PF)、非线性负载并联后接到电网中。

2、根据权利要求1所述的混合型大功率有源电力滤波器，其特征是：所述的无源滤波器由单调谐LC滤波器构成。

3、根据权利要求1所述的混合型大功率有源电力滤波器，其特征是：所述隔离变压器的原副边的匝数比为1∶2。

4、根据权利要求1所述的混合型大功率有源电力滤波器，其特征是：所述串联谐振电路的谐振频率为电网基波频率。

5、根据权利要求1所述的混合型大功率有源电力滤波器，其特征是：所述有源电力滤波器(APF)的输出经电感(L₃)和电容(C₃)滤除后接至隔离变压器的原边。

6、根据权利要求1所述的混合型大功率有源电力滤波器，其特征是：所述无源滤波器(PF)、非线性负载并联后经电感(L4)接到电网中。