專利名稱：一種串聯(lián)混合型有源電力濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力濾波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用低自感串聯(lián)變壓器的串聯(lián)混合型有源電力濾波裝置。

背景技術(shù)：
串聯(lián)混合型濾波器是一種采用串聯(lián)有源加并聯(lián)無源的組合式電力濾波器，它可以較好的克服無源濾波器單獨(dú)使用時(shí)的諧振問題，明顯改善無源濾波器的濾波效果，且有源部分的容量較小，性價(jià)比高，具有良好的應(yīng)用前景。迄今為止，串聯(lián)混合型有源電力濾波器主要有以下幾種方案 方案1(Peng FangZheng；Akagi Hirofumi；Sabae Akira，A new approach toharmonic compensation in power systems--A combined system of shuntpassive and series active filters，IEEE Transactions on Industry Applications，vol.26，no.6，Nov-Dec，1990，page 983-990)提出的有源部分以諧波電壓源形式工作，但逆變器仍流過很大的系統(tǒng)基波電流，有源部分容量比較大。
方案2(陳喬夫；李達(dá)義；魏亞南，基于基波磁通補(bǔ)償?shù)拇?lián)型有源濾波器，華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000年，28卷，12期，頁碼82-84)提出的有源部分以基波電流源形式工作，同樣逆變器流過很大的系統(tǒng)基波電流，有源部分容量也比較大，但控制較簡(jiǎn)單，濾波效果明顯好于方案1。
方案3(吳衛(wèi)民；童立青；錢照明；彭方正，一種高性能串聯(lián)混合有源電力濾波器拓?fù)涞难芯?，中?guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2004年，24卷，12期，頁碼108-112)提出的改進(jìn)諧振阻抗型結(jié)構(gòu)，有源部分仍以諧波電壓源形式工作，但它將一個(gè)工頻諧振LC電路串聯(lián)在逆變器交流輸出側(cè)，可降低逆變器直流母線電壓水平，但逆變器仍流過很大的系統(tǒng)基波電流。
以上3種方案中，串聯(lián)變壓器一、二側(cè)均要流過很大的系統(tǒng)基波電流，故串聯(lián)變壓器容量也比較大。如果有源部分發(fā)生故障或需要檢修退出運(yùn)行時(shí)，以上3種方案中負(fù)載均將斷電，故供電可靠性差。


發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有方案的不足，本發(fā)明提出一種新型串聯(lián)混合型有源電力濾波裝置，該裝置具有較好的濾波效果，且有源部分容量小，串聯(lián)變壓器容量小，系統(tǒng)可靠性高。
本發(fā)明提供的串聯(lián)混合型有源電力濾波裝置，它包括諧波電流檢測(cè)單元、諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元、串聯(lián)變壓器和無源濾波器；其特征在于 諧波電流檢測(cè)單元由三個(gè)電流互感器和諧波電流提取環(huán)節(jié)組成；三個(gè)電流互感器分別串聯(lián)在電網(wǎng)三相母線上，用來檢測(cè)系統(tǒng)三相母線電流i1A、i1B和i1C，其輸出為三相母線電流信號(hào)i1As、i1Bs和i1Cs，將其傳送至諧波電流提取環(huán)節(jié)；諧波電流提取環(huán)節(jié)根據(jù)收到的電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)i1As、i1Bs和i1Cs，計(jì)算出電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)中的諧波分量i1Ahs、i1Bhs和i1Chs，并傳送至諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元； 諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元包括S個(gè)相同的諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元，各諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元均由諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)和開關(guān)組成；諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)接收諧波電流提取環(huán)節(jié)輸出的電網(wǎng)三相母線諧波電流信號(hào)i1Ahs、i1Bhs和i1Chs，進(jìn)行電流閉環(huán)控制，產(chǎn)生補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B和i2C，且補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B，i2C分別與電網(wǎng)三相母線諧波電流i1Ah、i1Bh和i1Ch滿足如下條件①；在開關(guān)閉合時(shí)，補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B，i2C通過閉合的開關(guān)輸出至串聯(lián)變壓器； i2A＝(α×k)i1Ah/S，i2B＝(α×k)i1Bh/S，i2C＝(α×k)i1Ch/S① 其中，α為諧波補(bǔ)償倍數(shù)，1<α<10，且α為實(shí)數(shù)，S為串聯(lián)變壓器二次側(cè)繞組個(gè)數(shù)，其取值范圍為1～500，k為串聯(lián)變壓器變比； 串聯(lián)變壓器的一次側(cè)繞組串聯(lián)在電網(wǎng)母線上，以負(fù)載用戶的主變壓器阻抗為基值，其一次側(cè)繞組自感的標(biāo)幺值為0.1～10％，其二次側(cè)含有S個(gè)繞組，該S個(gè)繞組與S個(gè)相同的諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元中的開關(guān)相連，分別接收其輸出諧波電流i2A，i2B和i2C；開關(guān)斷開時(shí)，串聯(lián)變壓器開路串入系統(tǒng)； 無源濾波器并聯(lián)接入電網(wǎng)母線上，介于串聯(lián)變壓器和非線性負(fù)載之間，非線性負(fù)載的諧波電流流入無源濾波器。
上述結(jié)構(gòu)適用于三相負(fù)載，當(dāng)應(yīng)用于單相負(fù)載時(shí)，二種結(jié)構(gòu)所不同的在于 諧波電流檢測(cè)單元由一個(gè)電流互感器和諧波電流提取環(huán)節(jié)組成；電流互感器串聯(lián)在電網(wǎng)母線上，用來檢測(cè)系統(tǒng)母線電流i1A，其輸出為母線電流信號(hào)i1As，將其傳送至諧波電流提取環(huán)節(jié)；諧波電流提取環(huán)節(jié)根據(jù)收到的電網(wǎng)母線電流信號(hào)i1As，計(jì)算出電網(wǎng)母線電流信號(hào)中的諧波分量i1Ahs，并傳送至諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元； 諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元包括S個(gè)相同的諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元，各諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元均由諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)和開關(guān)組成；諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)接收諧波電流提取環(huán)節(jié)輸出的電網(wǎng)母線諧波電流信號(hào)i1Ahs，進(jìn)行電流閉環(huán)控制，產(chǎn)生補(bǔ)償諧波電流i2A，并且補(bǔ)償諧波電流i2A與電網(wǎng)母線諧波電流i1Ah滿足如下條件②，在開關(guān)閉合時(shí)，補(bǔ)償諧波電流i2A通過閉合的開關(guān)輸出至串聯(lián)變壓器； i2A＝(α×k)i1Ah/S ②。
本發(fā)明裝置的有源部分以諧波電流源形式工作，較之現(xiàn)有技術(shù)方案，本發(fā)明具有下述三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn) (1)有源部分只流過較小的諧波電流(一般小于系統(tǒng)基波電流的15％)，不流過系統(tǒng)基波電流，故有源部分的容量很小，降低了裝置成本、體積。
(2)本發(fā)明中串聯(lián)變壓器的自感很小(以負(fù)載用戶的主變壓器阻抗為基值，標(biāo)幺值僅為0.1～10％)，二次側(cè)繞組容量更小。因?yàn)樵诒痉桨钢?，二次?cè)繞組與諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元相連，只接收其輸出的諧波電流(一般小于系統(tǒng)基波電流的15％)，而不流過基波電流，故變壓器二次側(cè)繞組的容量也比較小，這進(jìn)一步降低了成本。
(3)相比較于現(xiàn)有方案，本發(fā)明提出的濾波裝置可靠性更高，一旦有源部分出現(xiàn)故障，斷開開關(guān)，可隨時(shí)退出工作，對(duì)負(fù)載供電沒有影響；在有源部分因故障檢修而退出工作狀態(tài)下，由于串聯(lián)變壓器的接入增大了系統(tǒng)阻抗，仍有一定的濾波效果，且串聯(lián)變壓器造成的電壓損失和功率因數(shù)損失是很小的。



圖1為本發(fā)明串聯(lián)混合型有源電力濾波裝置在三相系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明濾波裝置采用多繞組變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明濾波裝置的一種具體實(shí)施方式
示意圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，本發(fā)明提出的新型串聯(lián)混合型有源電力濾波裝置由諧波電流檢測(cè)單元I、諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元II、串聯(lián)變壓器III和無源濾波器IV組成。
諧波電流檢測(cè)單元I由三個(gè)電流互感器(CT1A，CT1B，CT1C)和諧波電流提取環(huán)節(jié)2組成。三個(gè)電流互感器CT1A，CT1B和CT1C分別串聯(lián)在電網(wǎng)母線1上，用來檢測(cè)系統(tǒng)三相母線電流i1A，i1B，i1C(三相母線電流i1A，i1B，i1C分別含有基波分量i1Af，i1Bf，i1Cf和諧波分量i1Ah，i1Bh，i1Ch)。其輸出為三相母線電流信號(hào)i1As，i1Bs，i1Cs，并將其傳送至諧波電流提取環(huán)節(jié)2。
諧波電流提取環(huán)節(jié)2根據(jù)收到的電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)i1As，i1Bs，i1Cs，計(jì)算出電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)中的諧波分量i1Ahs，i1Bhs，i1Chs，并傳送至諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元II。
諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元II由S個(gè)相同的諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元II’組成，且每個(gè)子單元II’同樣由諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)3和開關(guān)4組成。S為正整數(shù)，其取值范圍為1～500。圖1為S＝1的情況。
諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)3接收諧波電流提取環(huán)節(jié)2輸出的電網(wǎng)三相母線諧波電流信號(hào)i1Ahs，i1Bhs，i1Chs，進(jìn)行電流閉環(huán)控制，輸出補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B，i2C，作為整個(gè)諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元II的輸出，并傳送至串聯(lián)變壓器III。在圖1所示的串聯(lián)變壓器同名端和電流假定正向下，補(bǔ)償諧波電流i2A、i2B、i2C分別與電網(wǎng)三相母線諧波電流i1Ah、i1Bh、i1Ch波形相同。
開關(guān)4接于諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)3之后，正常工作時(shí)，處于閉合狀態(tài)；在諧波電流檢測(cè)單元I或諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元II故障或需要檢修時(shí)，將其與系統(tǒng)斷開。
串聯(lián)變壓器III由三個(gè)單相變壓器STA，STB，STC組成(在S＝1時(shí)，其二次側(cè)均只含有一個(gè)繞組)，其結(jié)構(gòu)及聯(lián)接方式相同。串聯(lián)變壓器的一次側(cè)繞組串聯(lián)在電網(wǎng)母線1上，其匝數(shù)均為W1，串聯(lián)變壓器一次側(cè)繞組自感L1設(shè)計(jì)得很小，以負(fù)載用戶的主變壓器阻抗為基值，設(shè)計(jì)其標(biāo)幺值為0.1～10％，三個(gè)單相變壓器的二次側(cè)繞組Y型聯(lián)接，匝數(shù)均為W2，各單相變壓器二次側(cè)繞組與一次側(cè)繞組的互感均為M，變壓器變比為k＝W1/W2。諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元II輸出補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B和i2C分別傳送至對(duì)應(yīng)各相串聯(lián)變壓器的二次繞組中。
無源濾波器IV可以采用現(xiàn)有的無源濾波器件實(shí)現(xiàn)，它作為濾波系統(tǒng)的重要組成部分，將給諧波電流提供低阻抗通路，同時(shí)向負(fù)載提供無功功率，它并聯(lián)接入電網(wǎng)母線1上，介于串聯(lián)變壓器III和非線性負(fù)載5之間。
上述濾波裝置的工作原理為 (1)通過裝設(shè)于系統(tǒng)三相母線1上的三個(gè)電流互感器CT1A，CT1B，CT1C，分別檢測(cè)系統(tǒng)三相母線電流i1A，i1B，i1C，其輸出為系統(tǒng)三相母線電流信號(hào)i1As，i1Bs，i1Cs，并將其傳送至諧波電流提取環(huán)節(jié)2。
(2)諧波電流提取環(huán)節(jié)2從母線電流信號(hào)i1As、i1Bs、i1Cs中檢測(cè)出其中的諧波電流信號(hào)i1Ahs、i1Bhs、i1Chs。具體檢測(cè)過程可采用現(xiàn)有的基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測(cè)方法。
(3)諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)3接收諧波電流提取環(huán)節(jié)2檢測(cè)出的諧波電流信號(hào)i1Ahs、i1Bhs、i1Chs，進(jìn)行電流閉環(huán)控制，產(chǎn)生諧波補(bǔ)償電流i2A，i2B，i2C，在圖1所示的串聯(lián)變壓器同名端和電流假定正向下，補(bǔ)償諧波電流i2A、i2B、i2C分別與電網(wǎng)三相母線諧波電流i1Ah、i1Bh、i1Ch波形相同，諧波電流發(fā)生單元3可以利用現(xiàn)有的電流跟蹤技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
(4)正常運(yùn)行狀態(tài)下，開關(guān)4閉合。諧波電流發(fā)生單元3輸出的諧波補(bǔ)償電流i2A，i2B，i2C流過開關(guān)4，作為整個(gè)諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元II的輸出。
(5)將諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元II輸出的三相補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B，i2C分別傳送到各相串聯(lián)變壓器的二次側(cè)繞組中。
當(dāng)三相補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B，i2C滿足如下條件時(shí) i2A＝(α×k)i1Ah，i2B＝(α×k)i1Bh，i2C＝(α×k)i1Ch； 其中，α為實(shí)數(shù)，且1<α<10。
串聯(lián)變壓器III對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感L1，而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大的電感(L1+α·M)，從而迫使諧波電流流入無源濾波器IV。例如當(dāng)α＝4時(shí)，忽略較小的漏感，L1≈M，此時(shí)串聯(lián)變壓器對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感L1，而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大的電感5L1，從而迫使諧波電流流入無源濾波器IV。
(6)當(dāng)有源部分出現(xiàn)故障或需要檢修時(shí)，有源部分可隨時(shí)退出工作，開關(guān)4斷開，對(duì)負(fù)載供電無任何影響。此時(shí)，串聯(lián)變壓器對(duì)系統(tǒng)基波電流、諧波電流均開路，故對(duì)基波電流、諧波電流都呈現(xiàn)變壓器原方自感L1。由于串聯(lián)變壓器的開路接入增大了系統(tǒng)阻抗，故仍有一定的濾波效果。
串聯(lián)變壓器III也可以采用三相變壓器。圖1所示的濾波器是一種三相系統(tǒng)的串聯(lián)混合型有源濾波器，也可以采用單相逆變器構(gòu)成單相串聯(lián)混合型有源電力濾波器。
當(dāng)所需的逆變器容量較大時(shí)，可以采用多繞組變壓器結(jié)構(gòu)。這樣可以利用現(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)的有源電力濾波器。圖2所示為本發(fā)明濾波裝置采用多繞組變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖，此時(shí)S>1，且S為正整數(shù)。
圖2中各相串聯(lián)變壓器的一次側(cè)繞組同樣串聯(lián)在系統(tǒng)母線1上，匝數(shù)仍為W1，一次測(cè)繞組自感L1同樣設(shè)計(jì)得很小，設(shè)計(jì)其標(biāo)幺值仍為0.1～10％。二次側(cè)含有多個(gè)繞組，每個(gè)繞組匝數(shù)均為W2，且每個(gè)二次繞組與一次繞組的互感仍為M。
諧波電流提取環(huán)節(jié)2根據(jù)收到的電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)i1As、i1Bs、i1Cs，計(jì)算出電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)中的諧波分量i1Ahs、i1Bhs、i1Chs并傳送至諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)3。諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)3根據(jù)諧波電流提取環(huán)節(jié)2檢測(cè)出的諧波電流信號(hào)i1Ahs、i1Bhs、i1Chs，經(jīng)過電流閉環(huán)控制輸出補(bǔ)償諧波電流i2A、i2B、i2C，作為整個(gè)諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元II的輸出，并傳送至串聯(lián)變壓器III。在圖2所示的串聯(lián)變壓器同名端和電流假定正向下，補(bǔ)償諧波電流i2A、i2B、i2C分別與電網(wǎng)三相母線諧波電流i1Ah、i1Bh、i1Ch波形相同。
當(dāng)三相補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B，i2C滿足如下條件時(shí) i24＝(α×k)i1Ah/S，i2B＝(α×k)i1Bh/S，i2C＝(α×k)i1Ch/S； α為實(shí)數(shù)，且1<α<10。
串聯(lián)變壓器III對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感L1，而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大的電感(L1+α·M)，從而迫使諧波電流流入無源濾波器IV。例如當(dāng)α＝4時(shí)，忽略較小的漏感，L1≈M，此時(shí)串聯(lián)變壓器對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感L1，而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大的電感5L1，從而迫使諧波電流流入無源濾波器IV。
針對(duì)本發(fā)明濾波裝置三相系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖1，圖3給出一個(gè)具體實(shí)施例，對(duì)于圖2所示的本發(fā)明濾波裝置采用多繞組變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖，具體實(shí)施情況類似，只需構(gòu)建S個(gè)相同的諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元II’即可。
如圖3所示，諧波電流提取環(huán)節(jié)2從電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)i1As、i1Bs、i1Cs中檢測(cè)出其中的諧波電流信號(hào)i1Ahs、i1Bhs、i1Chs。檢測(cè)過程采用了現(xiàn)有的基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測(cè)方法。具體過程如下 a)通過三相靜止坐標(biāo)系/兩相靜止坐標(biāo)系變換矩陣C32，將三相靜止坐標(biāo)系的三相電流信號(hào)i1As、i1Bs、i1Cs變換至兩相靜止坐標(biāo)系，進(jìn)而得到i1αs、i1βs。其中， b)通過兩相靜止坐標(biāo)系/兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換矩陣C，將兩相靜止坐標(biāo)系的i1αs、i1βs變換至兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，進(jìn)而得到i1ds、i1qs。
其中，這里的sinωt，cosωt可以通過正、余弦發(fā)生電路產(chǎn)生。
c)通過低通濾波電路，濾除i1ds、i1qs中的交流分量，進(jìn)而得到其直流分量 d)通過兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系/兩相靜止坐標(biāo)系變換矩陣C-1(即C矩陣的逆)，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的

變換至兩相靜止坐標(biāo)系，進(jìn)而得到i1αfs、i1βfs。
e)通過兩相靜止坐標(biāo)系/三相靜止坐標(biāo)系變換矩陣

(即C32矩陣的逆)，將i1αfs、i1βfs變換至三相靜止坐標(biāo)系，進(jìn)而得到基波電流信號(hào)i1Afs、i1Bfs和i1Cfs。
通過減法器得到諧波電流信號(hào)i1Ahs、i1Bhs、i1Chs。即i1Ahs＝i1As-i1Afs；i1Bhs＝i1Bs-i1Bfs；i1Chs＝i1Cs-i1Cfs。
諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)3包含比例運(yùn)算部分3A、電流控制部分3B和逆變器部分3C。比例運(yùn)算部分3A根據(jù)諧波電流提取環(huán)節(jié)2輸出的諧波電流信號(hào)i1Ahs、i1Bhs、i1Chs與諧波補(bǔ)償倍數(shù)α(α為實(shí)數(shù)，且1<α<10)、變壓器變比k得到三相逆變器的諧波電流指令信號(hào)iAref、iBref、iCref，且有iAref＝(α×k)i1Ahs，iBref＝(α×k)i1Bhs，iCref＝(α×k)i1Chs。電流控制部分3B采用三角波比較方式，首先通過反饋電流檢測(cè)互感器(即CT2A，CT2B，CT2C)檢測(cè)出逆變器輸出電流iA、iB和iC的信號(hào)iAs、

和iCs，然后分別將三相諧波電流指令信號(hào)(即iAref、iBref和iCref)與反饋信號(hào)(即iAs、iBs和iCs)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，得到誤差信號(hào)ΔiA、ΔiB和ΔiC并傳送給PI調(diào)節(jié)器(帶輸出限飽和作用)，PI調(diào)節(jié)器的輸出為ΔiPIA、ΔiPIB和ΔiPIC，將ΔiPIA、ΔiPIB和ΔiPIC與三角波發(fā)生器輸出固定頻率(例如為10kHz)的幅值一定的三角波電信號(hào)進(jìn)行比較，最終輸出一系列幅值為+1(當(dāng)ΔiPIA、ΔiPIB和ΔiPIC大于三角波電壓部分)或0(當(dāng)ΔiPIA、ΔiPIB和ΔiPIC小于三角波電壓部分)的寬度變化的脈沖信號(hào)，即脈沖信號(hào)

脈沖信號(hào)

被傳送至PWM驅(qū)動(dòng)單元，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)Spwm至逆變器的開關(guān)器件(一般采用IGBT)。
逆變器部分3C由逆變器，輸出濾波器，反饋電流檢測(cè)互感器(即CT2A，CT2B，CT2C)組成。輸出濾波電路主要用來濾除逆變器輸出電流中的開關(guān)頻率成分，最終輸出補(bǔ)償諧波i2A、i2B和i2C注入到串聯(lián)變壓器III的二次繞組中。在圖3所示的串聯(lián)變壓器同名端和電流假定正向下，補(bǔ)償諧波電流i2A、i2B、i2C分別與電網(wǎng)三相母線諧波電流i1Ah、i1Bh、i1Ch波形相同。
當(dāng)三相補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B，i2C滿足如下條件時(shí) i2A＝(α×k)i1Ah/S，i2B＝(α×k)i1Bh/S，i2C＝(α×k)i1Ch/S；(圖3中，S＝1) α為實(shí)數(shù)，且1<α<10。
串聯(lián)變壓器III對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感L1，而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大的電感(L1+α·M)，從而迫使諧波電流流入無源濾波器IV。例如當(dāng)α＝4時(shí)，忽略較小的漏感，L1≈M，此時(shí)串聯(lián)變壓器對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感L1，而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大的電感5L1，從而迫使諧波電流流入無源濾波器IV。
在圖3所示的三相三線系統(tǒng)中，針對(duì)主要的5、7次諧波，可將無源濾波器IV設(shè)置為電抗率7％的多條濾波支路，以濾除5、7次諧波，同時(shí)增設(shè)一高通濾波支路，為高次諧波電流提供通路，同時(shí)可補(bǔ)償無功功率。
權(quán)利要求
1、一種串聯(lián)混合型有源電力濾波裝置，它包括諧波電流檢測(cè)單元(I)、諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元(II)、串聯(lián)變壓器(III)和無源濾波器(IV)；其特征在于
諧波電流檢測(cè)單元(I)由三個(gè)電流互感器(CT1A，CT1B，CT1C)和諧波電流提取環(huán)節(jié)(2)組成；三個(gè)電流互感器(CT1A，CT1B，CT1C)分別串聯(lián)在電網(wǎng)三相母線(1)上，用來檢測(cè)系統(tǒng)三相母線電流i1A、i1B和i1C，其輸出為三相母線電流信號(hào)i1As、i1Bs和i1Cs，將其傳送至諧波電流提取環(huán)節(jié)(2)；諧波電流提取環(huán)節(jié)(2)根據(jù)收到的電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)i1As、i1Bs和i1Cs，計(jì)算出電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)中的諧波分量i1Ahs、i1Bhs和i1Chs，并傳送至諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元(II)；
諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元(II)包括S個(gè)相同的諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元(II’)，各諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元(II’)均由諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)(3)和開關(guān)(4)組成；諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)(3)接收諧波電流提取環(huán)節(jié)(2)輸出的電網(wǎng)三相母線諧波電流信號(hào)i1Ahs、i1Bhs和i1Chs，進(jìn)行電流閉環(huán)控制，產(chǎn)生補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B和i2C；并且補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B，i2C分別與電網(wǎng)三相母線諧波電流i1Ah、i1Bh、i1Ch滿足條件①；在開關(guān)(4)閉合時(shí)，補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B，i2C通過閉合的開關(guān)(4)輸出至串聯(lián)變壓器(III)；
i2A＝(α×k)i1Ah/S，i2B＝(α×k)i1Bh/S，i2C＝(α×k)i1Ch/S ①
其中，α為諧波補(bǔ)償倍數(shù)，1<α<10，且α為實(shí)數(shù)，S為串聯(lián)變壓器二次側(cè)繞組個(gè)數(shù)，其取值范圍為1～500，k為串聯(lián)變壓器變比；
串聯(lián)變壓器(III)的一次側(cè)繞組串聯(lián)在電網(wǎng)母線(1)上，以負(fù)載用戶的主變壓器阻抗為基值，其一次側(cè)繞組自感的標(biāo)幺值為0.1～10％，其二次側(cè)含有S個(gè)繞組，該S個(gè)繞組與S個(gè)相同的諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元(II’)中的開關(guān)(4)相連，分別接收其輸出諧波電流i2A，i2B和i2C；開關(guān)(4)斷開時(shí)，串聯(lián)變壓器(III)開路串入系統(tǒng)；
無源濾波器(IV)并聯(lián)接入電網(wǎng)母線(1)上，介于串聯(lián)變壓器(III)和非線性負(fù)載(5)之間，非線性負(fù)載(5)的諧波電流流入無源濾波器(IV)。
2、一種串聯(lián)混合型有源電力濾波裝置，它包括諧波電流檢測(cè)單元(I)、諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元(II)、串聯(lián)變壓器(III)和無源濾波器(IV)；其特征在于
諧波電流檢測(cè)單元(I)由電流互感器(CT1A)和諧波電流提取環(huán)節(jié)(2)組成；電流互感器(CT1A)串聯(lián)在電網(wǎng)母線(1)上，用來檢測(cè)系統(tǒng)母線電流i1A，其輸出為母線電流信號(hào)i1As，將其傳送至諧波電流提取環(huán)節(jié)(2)；諧波電流提取環(huán)節(jié)(2)根據(jù)收到的電網(wǎng)母線電流信號(hào)i1As，計(jì)算出電網(wǎng)母線電流信號(hào)中的諧波分量i1Ahs，并傳送至諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元(II)；
諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元(II)包括S個(gè)相同的諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元(II’)，各諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元(II’)均由諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)(3)和開關(guān)(4)組成；諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)(3)接收諧波電流提取環(huán)節(jié)(2)輸出的電網(wǎng)母線諧波電流信號(hào)i1Ahs，進(jìn)行電流閉環(huán)控制，產(chǎn)生補(bǔ)償諧波電流i2A，并且補(bǔ)償諧波電流i2A與電網(wǎng)母線諧波電流i1Ah滿足如下條件②，在開關(guān)(4)閉合時(shí)，補(bǔ)償諧波電流i2A通過閉合的開關(guān)(4)輸出至串聯(lián)變壓器(III)；
i2A＝(α×k)i1Ah/S ②
其中，α為諧波補(bǔ)償倍數(shù)，1<a<10，且α為實(shí)數(shù)，S為串聯(lián)變壓器二次側(cè)繞組個(gè)數(shù)，其取值范圍為1～500，k為串聯(lián)變壓器變比；
串聯(lián)變壓器(III)的一次側(cè)繞組串聯(lián)在電網(wǎng)母線(1)上，以負(fù)載用戶的主變壓器阻抗為基值，其一次側(cè)繞組自感的標(biāo)幺值為0.1～10％，其二次側(cè)含有S個(gè)繞組，該S個(gè)繞組與S個(gè)相同的諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元(II’)中的開關(guān)(4)相連，分別接收其輸出諧波電流i2A；開關(guān)(4)斷開時(shí)，串聯(lián)變壓器(III)開路串入系統(tǒng)；
無源濾波器(IV)并聯(lián)接入電網(wǎng)母線(1)上，介于串聯(lián)變壓器(III)和非線性負(fù)載(5)之間，非線性負(fù)載(5)的諧波電流流入無源濾波器(IV)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種串聯(lián)混合型有源電力濾波裝置，包括諧波電流檢測(cè)單元、諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元、串聯(lián)變壓器和無源濾波器。串聯(lián)變壓器自感標(biāo)幺值很小，僅為0.1～10％，通過諧波電流補(bǔ)償發(fā)生單元發(fā)出S個(gè)相同的諧波電流注入變壓器S個(gè)相同的二次繞組中，該諧波電流與一次側(cè)諧波電流相位相同，大小為(α×k)/S倍，則串聯(lián)變壓器對(duì)基波呈現(xiàn)較小的自感L1，而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大的電感L1+αM，最終迫使諧波電流流入無源濾波器。若有源部分發(fā)生故障，通過開關(guān)將其切除，不會(huì)影響負(fù)載供電。由于串聯(lián)變壓器的開路接入，系統(tǒng)阻抗增大0.1～10％，仍有一定的濾波效果。該裝置不需要LC基波諧振電路，有源部分和串聯(lián)變壓器二次側(cè)容量都很小，降低了成本，且具有較好的濾波效果。
文檔編號(hào)H02J3/01GK101364736SQ20081019700
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者陳喬夫, 謝冰若, 肖俊承 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 佛山市伊戈?duì)栯姌I(yè)制造股份有限公司