專(zhuān)利名稱(chēng)：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：
本實(shí)用新型屬于電力濾波技術(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(wú)源的組合式電力濾波 器，它可以較好的克服無(wú)源濾波器單獨(dú)使用時(shí)的諧振問(wèn)題，明顯改善無(wú)源 濾波器的濾波效果，且有源部分的容量較小，性?xún)r(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 Hirofbmi; Sabae Akira, A new approach to harmonic compensation in power systems — A combined system of shunt passive 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^l仍流過(guò)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巻，12期，頁(yè)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(guò)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l。
方案3 (吳衛(wèi)民；童立青；錢(qián)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巻，12期，頁(yè)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)工頻諧振丄C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(guò)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(guò)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，本實(shí)用新型提出一種新型串聯(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。
本實(shí)用新型提供的串聯(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(wú)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(lái)檢測(cè)系統(tǒng)三相母線電流/u、 "和/r:，其輸出為三相母線電流信號(hào)/^、"和/,a，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)/l^、 和/1Cs，計(jì)算出電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)中的諧波分量/M/w、 /,胸和/,c/，,，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(kāi)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)6廟、"助, 和"c^，進(jìn)行電流閉環(huán)控制，產(chǎn)生補(bǔ)償諧波電流&， ^和Z'2C，且補(bǔ)償諧波 電流 分別與電網(wǎng)三相母線諧波電流 和A^滿足如下條
件①；在開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，補(bǔ)償諧波電流/14， Z'2S， /2C通過(guò)閉合的開(kāi)關(guān)輸出至串
聯(lián)變壓器；
其中，a為諧波補(bǔ)償倍數(shù)，l<a<10，且cc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， ；t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(kāi)關(guān)相連，
分別接收其輸出諧波電流&， z^和/2c;開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，串聯(lián)變壓器開(kāi)路串入
系統(tǒng)；
無(wú)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(wú)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(lái)檢測(cè)系統(tǒng)母線電流/u，其輸出為母線電流 信號(hào)/l^,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)/^,計(jì)算出電網(wǎng)母線電流信號(hào)中的諧波分量z'u^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(kāi)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)進(jìn)行電流 閉環(huán)控制，產(chǎn)生補(bǔ)償諧波電流&，并且補(bǔ)償諧波電流&與電網(wǎng)母線諧波電 流/^滿足如下條件②，在開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，補(bǔ)償諧波電流&通過(guò)閉合的開(kāi)關(guān) 輸出至串聯(lián)變壓器；
/2/4=(axA:)②。
本實(shí)用新型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，本實(shí)用新型具有下述三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)-
(1) 有源部分只流過(guò)較小的諧波電流(一般小于系統(tǒng)基波電流的15%)， 不流過(guò)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) 本實(shí)用新型中串聯(lián)變壓器的自感很小(以負(fù)載用戶的主變壓器阻抗
6為基值，標(biāo)幺值僅為0.1 10%)， 二次側(cè)繞組容量更小。因?yàn)樵诒痉桨钢校?br> 二次側(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(guò)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，本實(shí)用新型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(kāi)開(kāi)關(guān)，可隨時(shí)退出工作，對(duì)負(fù)載供電沒(méi)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為本實(shí)用新型串聯(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2為本實(shí)用新型濾波裝置采用多繞組變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本實(shí)用新型濾波裝置的一種具體實(shí)施方式
示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，本實(shí)用新型提出的新型串聯(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(wú)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(CTm， CT1B， CT1C)和諧波 電流提取環(huán)節(jié)2組成。三個(gè)電流互感器CTM， CT^和CTK;分別串聯(lián)在電網(wǎng) 母線1上，用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)三相母線電流/u， "， Ac(三相母線電流/u，"，
"c分另U含有基波分量"B/， "c/禾卩諧波分量Aw "朋,/ic/i )。其輸出為三 相母線電流信號(hào)/u,， /1&， 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)z'^， /1&， /1C,，計(jì)算出電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)中的諧波分量zm/k,"朋,，z'1c/w，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n由s個(gè)相同的諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元n'組
成，且每個(gè)子單元n'同樣由諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)3和開(kāi)關(guān)4組成。6*為正整 數(shù)，其取值范圍為1 500。圖1為5=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)/l^， /,腸，進(jìn)行電流閉環(huán)控制，輸出補(bǔ)償諧波電流&，
^， /2。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&、
/2s、 /2c分別與電網(wǎng)三相母線諧波電流/,屈、A助、Aca波形相同。
開(kāi)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(kāi)。
串聯(lián)變壓器III由三個(gè)單相變壓器SL， ST5， STc組成(在5M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l上，其匝數(shù)均為W，串聯(lián)變壓器一次側(cè)繞組自感丄, 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『2，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^^/『2。諧波 補(bǔ)償電流發(fā)生單元II輸出補(bǔ)償諧波電流&， ^和z'2c分別傳送至對(duì)應(yīng)各相串 聯(lián)變壓器的二次繞組中。
無(wú)源濾波器IV可以采用現(xiàn)有的無(wú)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(wú)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
(l)通過(guò)裝設(shè)于系統(tǒng)三相母線1上的三個(gè)電流互感器CTU,CT1B，CT1C， 分別檢測(cè)系統(tǒng)三相母線電流/w， /15， /lc,其輸出為系統(tǒng)三相母線電流信號(hào)z'w， /1&， Aa，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)/u,、 /1&、 z',。中檢測(cè)出其中 的諧波電流信號(hào)/w,、 A腸、/1C/ 。具體檢測(cè)過(guò)程可采用現(xiàn)有的基于瞬時(shí)無(wú) 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) 進(jìn)行電流閉環(huán)控制，產(chǎn)生諧波補(bǔ)償電流 z'2/4， z'2a， z'2C，
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&、 /2B、 /2c分別與電網(wǎng)三相母線諧波電流Z^、 A朋、"ca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(lái)實(shí)現(xiàn)。
(4) 正常運(yùn)行狀態(tài)下，開(kāi)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&， ^， /2C流過(guò)開(kāi)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n輸出的三相補(bǔ)償諧波電流&， z'2B， /2C
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&, z2fl， /2c滿足如下條件時(shí)
^氣axA0 /M/l， /25=(ax^)"朋，/2c^(ax^) /lc/l; 其中，《為實(shí)數(shù)，且1< <10。
串聯(lián)變壓器m對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感丄,，而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大
的電感(丄,+a，A/),從而迫使諧波電流流入無(wú)源濾波器IV。例如當(dāng)cc-4時(shí)， 忽略較小的漏感，""M，此時(shí)串聯(lián)變壓器對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感丄,， 而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大的電感5丄,，從而迫使諧波電流流入無(wú)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(kāi)關(guān)4斷開(kāi)，對(duì)負(fù)載供電無(wú)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(kāi)路，故對(duì)基波電流、諧波電流都呈現(xiàn)變壓器原方自感Zm。由 于串聯(lián)變壓器的開(kāi)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(lái)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所示為本實(shí)用新型濾波裝置采用多繞組變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖，此時(shí) 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M，一次測(cè)繞組自感A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『2，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)/^、 /15s、 /1C,， 計(jì)算出電網(wǎng)三相母線電流信號(hào)中的諧波分量/m/ 、 /lflfe、 /，^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) 經(jīng)過(guò)電流閉環(huán)控制輸出補(bǔ)償諧波電流
/2C，作為整個(gè)諧波補(bǔ)償電流發(fā)生單元n的輸出，并傳送至串聯(lián)變壓器ni。
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&、 /25、
z'2c分別與電網(wǎng)三相母線諧波電流 波形相同。
當(dāng)三相補(bǔ)償諧波電流&， /25， /2c滿足如下條件時(shí)
a為實(shí)數(shù)，且l<a<10。
串聯(lián)變壓器m對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感丄,，而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大
的電感(丄,+".M)，從而迫使諧波電流流入無(wú)源濾波器IV。例如當(dāng)《=4時(shí), 忽略較小的漏感，丄,&M，此時(shí)串聯(lián)變壓器對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感丄,， 而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大的電感5&，從而迫使諧波電流流入無(wú)源濾波器IV。
針對(duì)本實(shí)用新型濾波裝置三相系統(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所示的本實(shí)用新型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(lèi)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n' 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)/^、 /1&、
/^中檢測(cè)出其中的諧波電流信號(hào)/n、 /,腸、z'iau。檢測(cè)過(guò)程采用了現(xiàn)有的 基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的檢測(cè)方法。具體過(guò)程如下
a)通過(guò)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)/m,、 /1&、 /^變換至兩相靜止坐標(biāo)系，進(jìn)而得到/laJ、 A一
其中，c32 = #
1 -1/2 -1/2 ' 0 >/5/2 -^/2
b)通過(guò)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/^、 /^變換至兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，進(jìn)而得到/w、 ,。
其中，C =
一cos加 一sinty/
,這里的sinw" cosft^可以通過(guò)正、余弦發(fā)
生電路產(chǎn)生。
c) 通過(guò)低通濾波電路，濾除z'^、 z、,中的交流分量，進(jìn)而得到其直流
分里《A 、 ".、 °
d) 通過(guò)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系/兩相靜止坐標(biāo)系變換矩陣C1 (即C矩陣的 逆)，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的L、；變換至兩相靜止坐標(biāo)系，進(jìn)而得到A—、 "辦。
e) 通過(guò)兩相靜止坐標(biāo)系/三相靜止坐標(biāo)系變換矩陣q"〗(即6:32矩陣的 逆)，"斷變換至三相靜止坐標(biāo)系，進(jìn)而得到基波電流信號(hào)/!雄、"斷
禾口 "QS。
通過(guò)減法器得到諧波電流信號(hào)
"/w-z'ifo々i斷；/i c/w=" cWiQS'。
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)"&、 "&、 Ac/M與諧波補(bǔ)償倍數(shù)a ( 為實(shí)數(shù)，且l<ot<10)、變壓器變比A:得到三相逆變器的諧波電流指令信號(hào)z;ysz;戶/c^，且有"e廣(axA:) /l^， ^e廣(axA:) A胸，^廣(axA)/10u。電流控制部分3B采用三角波比較方式，首 先通過(guò)反饋電流檢測(cè)互感器(即CT^， CTM， CT2C)檢測(cè)出逆變器輸出電 流^、 /s和/c的信號(hào)^、 ^和b，然后分別將三相諧波電流指令信號(hào)(即
與反饋信號(hào)(即 f々、〖& 和進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，得到誤差 信號(hào)A、 ^和^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A"、 A"和a/m,將A^、 A"和^,c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+ l(當(dāng)、 和a/ c大于三角波電壓部分)或O(當(dāng)a" 、a"和a/ c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)/，"，；mfl，；mC。脈
沖信號(hào)/，」，， /"c被傳送至PWM驅(qū)動(dòng)單元，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)S，,至逆 變器的開(kāi)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CT^， CT25， CT2C)組成。輸出濾波電路主要用來(lái)濾除逆變器輸出電流中的開(kāi)關(guān) 頻率成分，最終輸出補(bǔ)償諧波/2/|、 ^和/2(.注入到串聯(lián)變壓器111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/z4、 /25、 /2C分別與電網(wǎng)三相母線諧波電流"屈、'W /^波形相同。 當(dāng)三相補(bǔ)償諧波電流&， /2B， /2C滿足如下條件時(shí) z'2^(ax^:)/wAS， /2b=(axAr)/lj5/lAS， /2C^(axA:)(圖3中，<S=1) a為實(shí)數(shù)，且l<a<10。
串聯(lián)變壓器m對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感丄,，而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大
的電感(丄,+a，M)，從而迫使諧波電流流入無(wú)源濾波器IV。例如當(dāng)《=4時(shí)， 忽略較小的漏感，丄,&M，此時(shí)串聯(lián)變壓器對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的電感Z^， 而對(duì)諧波電流呈現(xiàn)較大的電感5A，從而迫使諧波電流流入無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(lái)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(kāi)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(kāi)關(guān)(4)閉合時(shí)，補(bǔ)償諧波電流i2A，i2B，i2C通過(guò)閉合的開(kāi)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(kāi)關(guān)(4)相連，分別接收其輸出諧波電流i2A，i2B和i2C；開(kāi)關(guān)(4)斷開(kāi)時(shí)，串聯(lián)變壓器(III)開(kāi)路串入系統(tǒng)；無(wú)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(wú)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(n)、串聯(lián)變壓器(III)和無(wú)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(CT1/4)和諧波電流提取環(huán)節(jié)(2)組成；電流互感器(CTM)串聯(lián)在電網(wǎng)母線(1)上，用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng) 母線電流/吣其輸出為母線電流信號(hào)/m,，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)z'u,，計(jì)算出電網(wǎng)母線電流信號(hào)中的諧波分量/"fe，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(n，)，各諧波補(bǔ)償電流發(fā)生子單元(n')均由諧波電流發(fā)生環(huán)節(jié)(3)和開(kāi)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)/^，進(jìn)行電流閉環(huán)控制，產(chǎn)生補(bǔ)償諧波電流&，并且補(bǔ)償諧波電流^與電網(wǎng)母線諧波電流/^滿足如下條件②，在開(kāi)關(guān)(4) 閉合時(shí)，補(bǔ)償諧波電流&通過(guò)閉合的開(kāi)關(guān)(4)輸出至串聯(lián)變壓器(III);/2尸(axA:) ②其中，ot為諧波補(bǔ)償倍數(shù)，l<ct<10，且ct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, A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(kāi)關(guān)(4)相連，分別接收其輸出諧波電流&;開(kāi)關(guān)(4)斷開(kāi)時(shí)，串 聯(lián)變壓器(III)開(kāi)路串入系統(tǒng)；無(wú)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(wú)源濾波器(IV)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)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(wú)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(guò)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(wú)源濾波器。若有源部分發(fā)生故障，通過(guò)開(kāi)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(kāi)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)H02J3/01GK201282339SQ20082019086
公開(kāi)日2009年7月29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)明者肖俊承, 謝冰若, 陳喬夫 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