專利名稱：一種大容量并聯(lián)型有源濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力諧波抑制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大容量并聯(lián)型有源濾波器。
背景技術(shù)：
隨著高壓大容量電網(wǎng)的迅猛發(fā)展、大容量電力電子負(fù)荷的日益增多，對(duì)高壓大容量有源濾波器的需求越來越迫切。例如電氣化鐵道(含地鐵)的迅猛發(fā)展已經(jīng)造成對(duì)電網(wǎng)嚴(yán)重的諧波污染；大量的鋼鐵軋制線拖動(dòng)電氣設(shè)備產(chǎn)生大量的電力諧波；鋁電解行業(yè)的迅速發(fā)展也造成電力諧波污染進(jìn)一步加劇。
目前國(guó)內(nèi)外在高壓大容量系統(tǒng)電力諧波抑制主要采用無源濾波器，其效果不好，除了注入電力系統(tǒng)的諧波嚴(yán)重超過標(biāo)準(zhǔn)限制外，還容易誘發(fā)并聯(lián)諧振。國(guó)外學(xué)者力圖采用并聯(lián)型有源濾波器解決諧波污染問題。目前國(guó)內(nèi)外的研究成果歸納如下其一是將無源濾波器與相對(duì)容量較小的有源濾波器串聯(lián)(有源濾波器經(jīng)變壓器耦合)，然后將此支路與負(fù)載并聯(lián)。該方案的原理是在正常穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，由于電容器的壓降大，在并聯(lián)有源濾波器(Shunt Active Filter，簡(jiǎn)稱為Shunt AF)兩端壓降UBX較小，整個(gè)系統(tǒng)可在高壓工況下正常工作。但是當(dāng)裝置投入電網(wǎng)瞬間或重合閘瞬間，可能損壞Shunt AF裝置的電力電子器件。但國(guó)外如何解決其此問題未見文獻(xiàn)提及。
其二是在變壓器的低壓側(cè)接并聯(lián)有源濾波器，檢測(cè)負(fù)載電流中的諧波，控制Shunt AF輸出諧波電流到變壓器低壓繞組，在變壓器高壓繞組產(chǎn)生成比例的諧波電流去抵消負(fù)載中的諧波電流。這種變壓器工作磁密是較高的，由于硅鋼片B-H曲線的非線性，高壓繞組的諧波電流會(huì)發(fā)生波形畸變，實(shí)踐正明這種并聯(lián)有源濾波器濾波效果也是不太好的，而且如何解決其大容量的問題很少有文獻(xiàn)提及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種大容量并聯(lián)型有源濾波器，該濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、成本較低，并且具有更好的補(bǔ)償和濾波效果，能適用于高壓大容量工況。
本發(fā)明提供的一種大容量并聯(lián)型有源濾波器，包括諧波電流檢測(cè)單元、補(bǔ)償電流發(fā)生單元、變壓器、電流信號(hào)給定單元，其特征在于變壓器的一次側(cè)繞組并聯(lián)在電網(wǎng)兩端，繞組的匝數(shù)均為w1，其二次側(cè)設(shè)置有N個(gè)繞組akxk，k＝1，2，3，……N，N≤500，每個(gè)繞組的匝數(shù)均為w2，幾何尺寸相同；諧波電流檢測(cè)單元包括位于變壓器一次側(cè)的電流互感器和諧波電流檢測(cè)環(huán)節(jié)；電流互感器用于檢測(cè)變壓器一次側(cè)繞組的電流信號(hào)，諧波電流檢測(cè)環(huán)節(jié)接收電流互感器輸出的電流信號(hào)，并檢測(cè)出其中的諧波電流信號(hào)i1n～；電流信號(hào)給定單元根據(jù)上述諧波電流信號(hào)i1n～和變壓器二次側(cè)繞組數(shù)，輸出諧波電流信號(hào)i1n～/N到補(bǔ)償電流發(fā)生單元中的每個(gè)子單元；補(bǔ)償電流發(fā)生子單元根據(jù)收到的諧波電流信號(hào)i1n～/N發(fā)生諧波電流，將發(fā)生的諧波電流∑i2n/N注入到變壓器中對(duì)應(yīng)的二次繞組中，并自動(dòng)跟蹤諧波電流信號(hào)i1n～/N；電流信號(hào)給定單元控制其輸出的諧波電流信號(hào)i1n～/N，使得補(bǔ)償電流發(fā)生子單元輸出的補(bǔ)償諧波電流∑i2n/N與變壓器一次側(cè)諧波電流波形∑i1n之比等于L1/M，M為變壓器各個(gè)二次繞組與一次繞組的互感之和，L1為變壓器一次繞組的自感。
上述補(bǔ)償電流發(fā)生子單元包括與電流信號(hào)給定單元相連的電流控制部分，以及與變壓器二次側(cè)相連的逆變器部分。其中，電流控制部分包括反饋電流檢測(cè)部件、運(yùn)算放大器、PI調(diào)節(jié)器、比較器和三角波發(fā)生器；逆變器部分包括逆變器、開關(guān)頻率濾波器，以及用于檢測(cè)變壓器二次側(cè)繞組電流信號(hào)的電流互感器。電流信號(hào)給定單元輸出諧波電流信號(hào)i1n～/N到運(yùn)算放大器的“+”端子；反饋電流檢測(cè)部件從電流互感器接收變壓器一個(gè)二次繞組的電流信號(hào)i2～/N，產(chǎn)生反饋電流信號(hào)i1f～，i1f～被輸出到運(yùn)算放大器的“-”端子，運(yùn)算放大器對(duì)輸入信號(hào)i1n～/N和i1f～的差進(jìn)行放大得到輸出信號(hào)ei，并將ei輸送到PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)后的信號(hào)epi送到比較器的“+”端子，三角波發(fā)生器輸出固定頻率的三角波電壓信號(hào)到比較器的“-”端子，由比較器輸出一系列幅值為+1或0的脈沖信號(hào)iPWM，驅(qū)動(dòng)信號(hào)iPWM驅(qū)動(dòng)逆變器中的觸發(fā)電路，逆變器輸出諧波電流∑i2n/N到變壓器的一個(gè)二次側(cè)繞組中。
上述變壓器的一次側(cè)兩端的并聯(lián)有電壓互感器，及與電壓互感器輸出端相連接的電壓檢測(cè)部件；主控單元與電流給定單元相連，它根據(jù)電壓信號(hào)u1s和電網(wǎng)需吸收的無功功率SQ，輸出與電壓信號(hào)u1s頻率相同的基波電流信號(hào)i11到電流給定單元，電流給定單元輸出基波+諧波電流信號(hào)(i11+i1n～)/N到補(bǔ)償電流發(fā)生單元中的每個(gè)子單元中。每個(gè)子單元發(fā)生基波+諧波電流(i21+∑i2n)/N，并輸送到變壓器相應(yīng)的二次繞組中。
本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn)(1)提取諧波電流的電流互感器串聯(lián)在變壓器一次側(cè)的繞組中；而現(xiàn)有技術(shù)的電流互感器串聯(lián)在負(fù)載母線中。
(2)本發(fā)明的補(bǔ)償機(jī)理是將變壓器一次側(cè)的繞組中諧波電流壓降補(bǔ)償為零，故變壓器一次側(cè)繞組對(duì)諧波電流呈近似為零的低阻抗；在變壓器一次側(cè)繞組中流過的諧波電流為∑i1n，在變壓器每個(gè)二次繞組的注入的諧波電流波為∑i2n/N，這兩個(gè)諧波電流共鐵心，直接進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償效果好；而現(xiàn)有技術(shù)是將較大容量變壓器用作電流源，發(fā)出諧波電流，去抵消負(fù)載電流中的諧波，給定電流與反饋電流不共鐵心，是間接的；補(bǔ)償效果變差。
(3)本發(fā)明的變壓器鐵心工作在近似零諧波磁通狀態(tài)，該工作點(diǎn)是B-H曲線的零點(diǎn)附近，是線性區(qū)域；變壓器一次側(cè)漏抗壓降也被補(bǔ)償，補(bǔ)償效果好；而現(xiàn)有技術(shù)的變壓器鐵心工作在較高磁密狀態(tài)，B-H曲線的非線性、變壓器的漏抗使補(bǔ)償效果變差。
(4)本發(fā)明在變壓器二次側(cè)設(shè)置N個(gè)繞組，每個(gè)繞組與相同的補(bǔ)償電流發(fā)生子單元相聯(lián)接。采用這種方法來實(shí)現(xiàn)高電壓大容量并聯(lián)型有源濾波器，故簡(jiǎn)單、可靠、低廉。例如可以利用現(xiàn)有的較低電壓，較小電流器件(例如1200V，200A～500A的IGBT)來實(shí)現(xiàn)較高電壓較大容量(例如10kV，幾千kVA)有源濾波器；而現(xiàn)有技術(shù)一般采用IGBT串并聯(lián)、多電平等。這些方法都復(fù)雜，可靠性差且成本高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為帶靜止無功發(fā)生器作用的并聯(lián)型有源濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為串、并聯(lián)混合型有源濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為帶靜止無功發(fā)生器作用的串、并聯(lián)混合型有源濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為帶可控電抗器作用的大容量并聯(lián)型有源濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
如圖1所示，本發(fā)明所說的大容量并聯(lián)型有源濾波器，主要由四個(gè)單元組成諧波電流檢測(cè)單元I、補(bǔ)償電流發(fā)生單元II、變壓器III、電流信號(hào)給定單元V。
變壓器III，其一次側(cè)繞組并聯(lián)在電網(wǎng)兩端，其二次側(cè)設(shè)置有N個(gè)繞組akxk，k＝1，2，3，……N(N≤500)，每個(gè)繞組的匝數(shù)均為w2，幾何尺寸相同。
諧波電流檢測(cè)單元I由電流互感器4和諧波電流檢測(cè)環(huán)節(jié)5構(gòu)成。位于變壓器III一次側(cè)的電流互感器4檢測(cè)變壓器一次側(cè)繞組的電流信號(hào)；諧波電流檢測(cè)環(huán)節(jié)5則從電流互感器4輸出的電流信號(hào)檢測(cè)出其中的諧波電流信號(hào)i1n～，例如采用瞬時(shí)無功功率理論的方法就能做到。i1n～正比于變壓器一次側(cè)繞組的諧波電流波形∑i1n。
諧波電流檢測(cè)單元I檢測(cè)出變壓器一次側(cè)的諧波電流信號(hào)i1n～，并將i1n～輸送到電流信號(hào)給定單元V中。電流信號(hào)給定單元V根據(jù)諧波電流信號(hào)i1n～和變壓器二次側(cè)繞組數(shù)N，輸出諧波電流信號(hào)i1n～/N到補(bǔ)償電流發(fā)生單元II中的每個(gè)子單元II’。
補(bǔ)償電流發(fā)生單元II由N個(gè)相同的補(bǔ)償電流發(fā)生子單元II’構(gòu)成。補(bǔ)償電流發(fā)生單元II中的每個(gè)子單元II’根據(jù)收到的諧波電流信號(hào)i1n～/N發(fā)生諧波電流，再將其發(fā)生的諧波電流∑i2n/N注入到變壓器中對(duì)應(yīng)的二次繞組中(即第k個(gè)子單元II′k將其發(fā)生的諧波電流∑i2n/N注入到變壓器第k個(gè)二次繞組akxk中，k＝1，2，3，……N)，并自動(dòng)跟蹤諧波電流信號(hào)i1n～/N。
顯然，輸送到變壓器每個(gè)二次繞組的諧波電流波形相同，均為∑i2n/N，并與變壓器一次繞組的諧波電流波形∑i1n相同，電流信號(hào)給定單元V控制其輸出的諧波電流信號(hào)i1n～/N，使得補(bǔ)償電流發(fā)生子單元II’輸出的補(bǔ)償諧波電流∑i2n/N與變壓器III一次側(cè)諧波電流波形∑i1n之比等于L1/M，則變壓器一次繞組中諧波電流壓降為零。其理由簡(jiǎn)述如下L1.∑i1n-M1∑i2n/N-M2∑i2n/N-.......-MN∑i2n/N＝0化簡(jiǎn)為L(zhǎng)1.∑i1n-M∑i2n/N＝0式中M＝∑MKK＝1，2……N式中MK為變壓器第K個(gè)二次繞組與一次繞組的互感；L1為變壓器一次繞組的自感，L1M均為常數(shù)。
變壓器每個(gè)二次繞組輸出的諧波電流∑i2n/N與其一次側(cè)諧波電流波形∑i1n的比例關(guān)系為(∑i2n/N)/∑i1n＝L1/M＝常數(shù)。
于是變壓器一次繞組中諧波電流壓降為零，變壓器一次側(cè)對(duì)n次諧波電流呈近似為零的低阻抗，使諧波電流絕大部分在變壓器一次側(cè)繞組中流通，不竄入電力系統(tǒng)；變壓器一次側(cè)對(duì)基波電流呈很大的勵(lì)磁阻抗，僅流過較小的基波勵(lì)磁電流，對(duì)并聯(lián)有源濾波不發(fā)生影響。
在變壓器一次側(cè)繞組中流過的諧波電流為∑i1n，在變壓器每個(gè)二次繞組的注入的諧波電流波為∑i2n/N，這兩個(gè)諧波電流共鐵心，直接進(jìn)行補(bǔ)償；本發(fā)明的變壓器鐵心工作在近似零諧波磁通狀態(tài)，該工作點(diǎn)是B-H曲線的零點(diǎn)附近，是線性區(qū)域，補(bǔ)償效果好。
圖1是一種單相的大容量并聯(lián)型有源濾波器，三套單相大容量并聯(lián)型有源濾波器采用星形接法或三角形接法可以構(gòu)成三相大容量并聯(lián)型有源濾波器，這時(shí)三相變壓器可以采用三相心式結(jié)構(gòu)，逆變器也可以采用三相逆變器。
圖2為一個(gè)實(shí)施例，補(bǔ)償電流發(fā)生子單元II’包括電流控制部分II’1和逆變器部分II’2。電流控制部分II’1采用三角波比較方式，包括反饋電流檢測(cè)部件7、運(yùn)算放大器8(例如運(yùn)算放大器TL074)、PI(即比例積分)調(diào)節(jié)器12、比較器9(例如比較器LM311)、三角波發(fā)生器10。逆變器部分II’2包括逆變器4、開關(guān)頻率濾波器LdCd和電流互感器TA2，TA2用于檢測(cè)變壓器二次側(cè)繞組的電流信號(hào)。
諧波電流檢測(cè)單元I將檢測(cè)出的諧波電流信號(hào)i1n～輸出到電流信號(hào)給定單元V，電流信號(hào)給定單元V根據(jù)諧波電流信號(hào)i1n～和二次側(cè)繞組數(shù)N，輸出諧波電流信號(hào)i1n～/N到電流控制部分II’1中的運(yùn)算放大器8的“+”端子；反饋電流檢測(cè)部件7從電流互感器TA2接收變壓器二次側(cè)一個(gè)繞組的電流信號(hào)i2～/N，產(chǎn)生反饋電流信號(hào)i1f～，i1f～被輸出到運(yùn)算放大器8的“-”端子，運(yùn)算放大器8對(duì)輸入信號(hào)i1n～/N和i1f～的差進(jìn)行放大得到輸出信號(hào)ei，并將ei輸送到PI調(diào)節(jié)器12，由PI調(diào)節(jié)器12調(diào)節(jié)得到輸出信號(hào)epi，PI調(diào)節(jié)器12將輸出信號(hào)epi送到比較器9的“+”端子，三角波發(fā)生器10輸出固定頻率(例如為20kHz)的幅值一定的三角波電壓信號(hào)到比較器9的“-”端子，由比較器9輸出一系列幅值為+1(當(dāng)epi大于三角波電壓部分)或0(當(dāng)epi小于三角波電壓部分)的寬度變化的脈沖信號(hào)，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)iPWM。驅(qū)動(dòng)信號(hào)iPWM驅(qū)動(dòng)逆變器4中的觸發(fā)電路，逆變器4輸出諧波電流∑i2n/N到變壓器的一個(gè)二次側(cè)繞組中，電流信號(hào)給定單元V控制其輸出的諧波電流信號(hào)i1n～/N，使得補(bǔ)償電流發(fā)生子單元的逆變器部分II’2輸出的補(bǔ)償諧波電流∑i2n/N與變壓器III一次側(cè)諧波電流波形∑i1n之比等于L1/M，則變壓器一次繞組中諧波電流壓降為零。濾波器LdCd用于濾除逆變器4中的功率器件(例如IGBT)運(yùn)行時(shí)的開關(guān)頻率。
本發(fā)明可以單獨(dú)使用，也可以和大容量靜止無功發(fā)生器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00410060663.9)聯(lián)合使用，構(gòu)成帶靜止無功發(fā)生器作用的大容量并聯(lián)型有源濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。這樣即可以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)型有源濾波，又可以實(shí)現(xiàn)無功功率補(bǔ)償當(dāng)負(fù)載呈容性時(shí)，此無功發(fā)生器可以從電網(wǎng)吸收感性無功功率；當(dāng)負(fù)載呈感性時(shí)，此無功發(fā)生器可以從電網(wǎng)吸收容性無功功率，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。
下面結(jié)合圖3對(duì)帶靜止無功發(fā)生器作用的大容量并聯(lián)型有源濾波器作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
電壓檢測(cè)單元VI包括位于變壓器III一次側(cè)兩端的電壓互感器2，及與電壓互感器2輸出端相連接的電壓檢測(cè)部件3。當(dāng)電網(wǎng)電壓不含有諧波時(shí)，電壓檢測(cè)部件3可使用電阻元件，其兩端的電壓為檢測(cè)到的電壓信號(hào)。電壓檢測(cè)單元VI檢測(cè)出變壓器一次側(cè)兩端的電壓信號(hào)u1s(為基波電壓)，并將u1s輸送到主控單元IVA中。
主控單元IVA根據(jù)電壓信號(hào)u1s和電網(wǎng)需本發(fā)明裝置吸收的無功功率SQ，輸出與電壓信號(hào)u1s頻率相同的基波電流信號(hào)i11到電流給定單元VA。
電流給定單元VA根據(jù)基波電流信號(hào)i11和由諧波電流檢測(cè)單元IA檢測(cè)出變壓器一次繞組的諧波電流∑i1n的信號(hào)i1n～，二次側(cè)繞組數(shù)N，輸出基波+諧波電流信號(hào)(i11+i1n～)/N到補(bǔ)償電流發(fā)生單元II。
補(bǔ)償電流發(fā)生單元II中的每個(gè)補(bǔ)償電流發(fā)生子單元II’根據(jù)收到的基波+諧波電流信號(hào)(i11+i1n～)/N產(chǎn)生電流(i21+∑i2n)/N，并基波電流i21自動(dòng)跟蹤基波電流信號(hào)i11；諧波電流∑i2n自動(dòng)跟蹤諧波電流信號(hào)i1n～；第k個(gè)子單元II′k將其發(fā)生的電流(i21+∑i2n)/N送到變壓器第k個(gè)二次繞組akxk中，k＝1，2，3，……N。每個(gè)補(bǔ)償電流發(fā)生子單元II′輸送到變壓器每個(gè)二次繞組的電流大小相等、波形相同。
對(duì)于基波電流在忽略較小的空載電流時(shí)，I21＝I1(w1/w2)， 與 同相位。 與變壓器一次側(cè)兩端電壓1保持固定相位關(guān)系當(dāng)電網(wǎng)需本發(fā)明裝置吸收感性無功功率時(shí)，控制i11使 滯后于190°的電角度( 也滯后于190°電角度)，當(dāng)電網(wǎng)需本發(fā)明裝置吸收容性無功功率時(shí)，控制i1l使 超前于U190°的電角度( 也超前于190°電角度)。補(bǔ)償電流發(fā)生子單元II’可以利用現(xiàn)有成熟的電流跟蹤技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明從電網(wǎng)吸收的無功功率SQ＝U1I1，在忽略變壓器一次側(cè)較小的空載電流時(shí)，SQ＝U1I21(w2/w1)。主控單元IV控制靜止無功發(fā)生器使得當(dāng)補(bǔ)償電流在感性無功電流I21N到容性無功電流-I21N之間可控連續(xù)變化時(shí)，其從電網(wǎng)吸收的無功功率在感性無功功率U1I1N(≈UlI21N(w2/w1))至容性無功功率-U1I1N≈(-U1I21N(w2/w1))之間可控連續(xù)變化，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。
對(duì)于諧波電流，帶靜止無功發(fā)生器作用的大容量并聯(lián)型有源濾波器與圖1所示的濾波器的原理與工作過程相同。也可以將變壓器的二次繞組分成N1和N2兩組，對(duì)N1個(gè)二次繞組只注入基波電流i21/N1，對(duì)N2個(gè)二次繞組只注入諧波電流∑i2n/N2。
本發(fā)明還可以和大容量串聯(lián)型有源電力濾波器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?3119026.X)聯(lián)合使用，需要時(shí)還可以和并聯(lián)型無源濾波器聯(lián)合構(gòu)成串、并聯(lián)混合型有源濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，它可以獲得更好的濾波效果。圖中M串聯(lián)型有源電力濾波器；P并聯(lián)型有源電力濾波器；J并聯(lián)型無源濾波器。
圖3所示的帶靜止無功發(fā)生器作用的大容量并聯(lián)型有源濾波還可以和大容量串聯(lián)型有源電力濾波器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?3119026.X)聯(lián)合使用，構(gòu)成帶靜止無功發(fā)生器作用的串、并聯(lián)混合型有源濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖中M串聯(lián)型有源電力濾波器；Q帶靜止無功發(fā)生器的大容量并聯(lián)型有源電力濾波器。
本發(fā)明也可以和大容量可控電抗器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?3128112.5)聯(lián)合使用，構(gòu)成帶可控電抗器作用的大容量并聯(lián)型有源濾波器，如圖6所示，可用于容性諧波負(fù)載，并聯(lián)無源濾波器可當(dāng)作容性諧波負(fù)載的一部份。這樣即可以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)型有源濾波，又可以實(shí)現(xiàn)感性無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。
下面結(jié)合圖6對(duì)帶可控電抗器作用的大容量并聯(lián)型有源濾波器作進(jìn)一步說明。
諧波電流檢測(cè)單元IB由電流互感器4和諧波電流檢測(cè)環(huán)節(jié)5B構(gòu)成。電流互感器4檢測(cè)變壓器一次側(cè)繞組的電流信號(hào)；諧波電流檢測(cè)環(huán)節(jié)5B則從電流互感器4輸出的電流信號(hào)中檢測(cè)出變壓器一次繞組中的基波電流信號(hào)i11和諧波電流信號(hào)i1n～，i11正比于一次繞組中的基波電流i1；i1n～正比于一次繞組中的諧波電流∑i1n，例如采用瞬時(shí)無功功率理論的方法就能做到。
主控單元IVB根據(jù)電壓信號(hào)u1s和電網(wǎng)需本發(fā)明裝置吸收的無功功率SQ求出αSQ=U12/(Z1+(1-α)Zm):u1s=u1/ku,i11=i1/ki,]]>ku為電壓感器的變比；ki為電流感器的變比。
電流給定單元VB根據(jù)基波電流信號(hào)i11和諧波電流信號(hào)i1n～，二次側(cè)繞組數(shù)N，輸出基波+諧波電流信號(hào)(αi11+i1s～)/N到補(bǔ)償電流發(fā)生單元II。
補(bǔ)償電流發(fā)生單元II由N(N≤500)個(gè)相同的補(bǔ)償電流發(fā)生子單元II’構(gòu)成。補(bǔ)償電流發(fā)生單元II中的每個(gè)子單元II’根據(jù)收到的基波+諧波電流信號(hào)(αi11+i1s～)/N產(chǎn)生電流(αi21+∑i2n)/N，并基波電流i21自動(dòng)跟蹤基波電流信號(hào)i11，i21＝kii11w1/w2；諧波電流∑i2n自動(dòng)跟蹤諧波電流信號(hào)i1s～；第k個(gè)子單元II′k將其發(fā)生的電流(αi21+∑i2n)/N送到變壓器第k個(gè)二次繞組akxk中，k＝1，2，3，……N。子單元II′輸送到變壓器每個(gè)二次繞組的電流大小相等、波形相同，i21＝i1w1/w2。
對(duì)于基波電流 與 同相位，變壓器一次測(cè)AX兩端等效阻抗ZAX＝Z1+(1-α)Zm，變壓器一次測(cè)從電網(wǎng)吸收的感性無功功率為SQ=U12/ZAX,]]>輸出與電壓信號(hào)u1s頻率相同的基波電流信號(hào)αi11到電流給定單元VB。u1s＝u1/ku，ku為電壓互感器的變比；i11＝i1/ki，ki為電流互感器的變比；SQ=U12/(Z1+(1-α)Zm),]]>由此式求出α。
對(duì)于諧波電流，帶可控電抗作用的大容量并聯(lián)型有源濾波器與圖1所示的濾波器的原理與工作過程相同。
也可以將變壓器的二次繞組分成N1和N2兩組，對(duì)N1個(gè)二次繞組只注入基波電流αi21/N1，對(duì)N2個(gè)二次繞組只注入諧波電流∑i2n/N2。
本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以根據(jù)上述公開的內(nèi)容可以采用多種具體方式對(duì)本發(fā)明加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種大容量并聯(lián)型有源濾波器，包括諧波電流檢測(cè)單元(I)、補(bǔ)償電流發(fā)生單元(II)、變壓器(III)、電流信號(hào)給定單元(V)，其特征在于變壓器(III)的一次側(cè)繞組并聯(lián)在電網(wǎng)兩端，繞組的匝數(shù)均為w1，其二次側(cè)設(shè)置有N個(gè)繞組akxk，k＝1，2，3，……N，N≤500，每個(gè)繞組的匝數(shù)均為w2，幾何尺寸相同；諧波電流檢測(cè)單元(I)包括位于變壓器(III)一次側(cè)的電流互感器(4)和諧波電流檢測(cè)環(huán)節(jié)(5)；電流互感器(4)用于檢測(cè)變壓器一次側(cè)繞組的電流信號(hào)，諧波電流檢測(cè)環(huán)節(jié)(5)接收電流互感器(4)輸出的電流信號(hào)，并檢測(cè)出其中的諧波電流信號(hào)i1n～；電流信號(hào)給定單元(V)根據(jù)上述諧波電流信號(hào)i1n～和變壓器二次側(cè)繞組數(shù)，輸出諧波電流信號(hào)i1n～/N到補(bǔ)償電流發(fā)生單元(II)中的每個(gè)子單元(II’)；補(bǔ)償電流發(fā)生子單元(II’)根據(jù)收到的諧波電流信號(hào)i1n～/N發(fā)生諧波電流∑i2n/N，并將諧波電流∑i2n/N注入到變壓器中對(duì)應(yīng)的二次繞組中，并自動(dòng)跟蹤諧波電流信號(hào)i1n～/N；電流信號(hào)給定單元(V)控制其輸出的諧波電流信號(hào)i1n～/N，使得補(bǔ)償電流發(fā)生子單元(II’)輸出的補(bǔ)償諧波電流∑i2n/N與變壓器(III)一次側(cè)諧波電流波形∑i1n之比等于L1/M，M為變壓器各個(gè)二次繞組與一次繞組的互感之和，L1為變壓器一次繞組的自感。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其特征在于所述補(bǔ)償電流發(fā)生子單元(II’)包括與電流信號(hào)給定單元(V)相連的電流控制部分(II’1)，以及與變壓器(III)二次側(cè)相連的逆變器部分(II’2)；電流控制部分(II’1)包括反饋電流檢測(cè)部件(7)、運(yùn)算放大器(8)、PI調(diào)節(jié)器(12)、比較器(9)和三角波發(fā)生器10；逆變器部分(II’2)包括逆變器(4)、開關(guān)頻率濾波器(LdCd)，以及用于檢測(cè)變壓器二次側(cè)繞組電流信號(hào)的電流互感器(TA2)；電流信號(hào)給定單元(V)輸出諧波電流信號(hào)i1n～/N到運(yùn)算放大器(8)的“+”端子；反饋電流檢測(cè)部件(7)從電流互感器(TA2)接收變壓器一個(gè)二次繞組的電流信號(hào)i2～/N，產(chǎn)生反饋電流信號(hào)i1f～，i1f～；被輸出到運(yùn)算放大器(8)的“-”端子，運(yùn)算放大器(8)對(duì)輸入信號(hào)i1n～/N和i1f～的差進(jìn)行放大得到輸出信號(hào)ei，并將ei輸送到PI調(diào)節(jié)器(12)，調(diào)節(jié)后的信號(hào)epi送到比較器(9)的“+”端子，三角波發(fā)生器(10)輸出固定頻率的三角波電壓信號(hào)到比較器(9)的“-”端子，由比較器(9)輸出一系列幅值為+1或0的脈沖信號(hào)iPWM，驅(qū)動(dòng)信號(hào)iPWM驅(qū)動(dòng)逆變器(4)中的觸發(fā)電路，逆變器(4)輸出諧波電流∑i2n/N到變壓器的一個(gè)二次側(cè)繞組中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的濾波器，其特征在于變壓器(III)的一次側(cè)兩端的并聯(lián)有電壓互感器(2)，及與電壓互感器(2)輸出端相連接的電壓檢測(cè)部件(3)；主控單元(IVΛ)與電流給定單元(VΛ)相連，它根據(jù)電壓信號(hào)u1s和電網(wǎng)需吸收的無功功率SQ，輸出與電壓信號(hào)u1s頻率相同的基波電流信號(hào)i11到電流給定單元(VΛ)，電流給定單元(VΛ)輸出基波+諧波電流信號(hào)(i11+i1n～)/N到補(bǔ)償電流發(fā)生單元(II)中的每個(gè)子單元(II’)中，每個(gè)子單元發(fā)生基波+諧波電流(i21+∑i2n)/N，并輸送到變壓器相應(yīng)的二次繞組中。
全文摘要
本發(fā)明公開的大容量并聯(lián)型有源濾波器，其變壓器的一次側(cè)繞組并聯(lián)在電網(wǎng)兩端，諧波電流檢測(cè)單元檢測(cè)出其一次側(cè)的諧波電流信號(hào)。在變壓器N個(gè)二次繞組中均注入相同的諧波電流，使得該電流波形與一次側(cè)諧波電流波形相同。電流信號(hào)給定單元V控制使得補(bǔ)償電流發(fā)生子單元II’輸出的補(bǔ)償諧波電流與一次側(cè)諧波電流之比等于L
文檔編號(hào)H02J3/01GK1601845SQ20041006096
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者陳喬夫 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)