專利名稱：一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置。
背景技術：
電力系統(tǒng)的電壓諧波存在于各電壓等級的電力系統(tǒng)中，諧波會引起供電線路損耗增加，損壞電氣設備、降低供電的可靠性。因此國家標準GB/T 14549-93《電能質量公共電網(wǎng)諧波》對不同電壓等級電力系統(tǒng)的電壓諧波含量都有嚴格要求。要使各電壓等級的電力系統(tǒng)中電壓諧波含量滿足該國家標準的要求，目前對于抑制電網(wǎng)的諧波有兩種解決辦法 使負載不產(chǎn)生諧波，或通過適當裝置進行補償。1)使負載不產(chǎn)生諧波的方法的本質是通過改造負載，使其不向電力系統(tǒng)注入諧波，或注入的諧波含量很小，從而不會使得相關母線上電壓諧波含量不超過國家標準GB/ T14549-93《電能質量公共電網(wǎng)諧波》的要求。這種方法是一種最直觀的解決辦法，但是改造負載并不適用于所有負載，而且有些負載根本無法通過改造而少產(chǎn)生諧波，因此不是特別通用。2)通過適當裝置進行補償是一種極具發(fā)展前途的解決方法。不間斷電源(UPS)可以用來串聯(lián)在供電電源與諧波源負載之間，除了在電網(wǎng)電壓故障時保證對敏感負載的供電外，還能補償諧波源負載產(chǎn)生的部分諧波，減小注入到電網(wǎng)電壓的諧波含量。以上兩種方法的清除電力系統(tǒng)電壓諧波裝置的清除電壓諧波的效果還不是很好， 且響應時間還有待于提高。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置，該裝置基于疊加原理通過串聯(lián)諧波電壓源可達到消除電源側高次諧波電壓源對負荷影響的目的，且響應速度快。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn)一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置，包括諧波電壓源檢測裝置、由電抗器一、 電抗器二、電容器串聯(lián)組成的基波濾波器、高頻變壓器、交流電源、功率單元、整流單元、濾波單元、控制器，諧波電壓源檢測裝置有兩個，一個設置在本裝置的輸入端，用來檢測含諧波的電壓源，另一個設置在本裝置的輸出端，用來檢測清除諧波后的電壓源；兩個諧波電壓源檢測裝置均將檢測的電壓源信號輸入控制器；諧波電壓源檢測裝置采集得到系統(tǒng)的實時諧波電壓，將諧波電壓信號輸入控制器，由控制器計算得出一個與諧波電壓大小相等、方向相反的電壓，由功率單元經(jīng)高頻變壓器輸入由電抗器、電容器串聯(lián)構成的LC支路，該電壓與諧波電壓相疊加，使諧波輸出電壓為零，達到濾除電網(wǎng)諧波電壓的作用；控制器分別與交流電源、整流單元、功率單元相連接。所述的由電抗器一、電抗器二、電容器串聯(lián)組成的基波濾波器的輸入端與輸出端之間并聯(lián)有起保護作用的旁路開關，在電容器與輸出端之間設有設備投入運行開關。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是基于疊加原理，通過串聯(lián)諧波電壓源，可達到消除電源側高次諧波電壓源對負荷影響，響應速度快。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是單組隔離電源的結構圖；圖3是多組隔離電源的結構圖；圖4是不可控整流單元的結構圖；圖5是兩電平PWM整流單元的結構圖；圖6是三電平PWM整流單元的結構圖；圖7是兩電平PWM逆變器的結構圖；圖8是三電平PWM逆變器的結構圖；圖9是H橋單元多級串聯(lián)的多電平逆變器的結構圖；圖10是控制器的原理框圖。
具體實施方式
見圖1，一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置，包括諧波電壓源檢測裝置1、諧波電壓源檢測裝置2、由電抗器3、電抗器4、電容器5依次串聯(lián)組成的基波濾波器、高頻變壓器6、交流電源7、功率單元8、整流單元9、濾波單元C、控制器10，諧波電壓源檢測裝置1設置在本裝置的輸入端，用來檢測含諧波的電壓源，諧波電壓源檢測裝置2設置在本裝置的輸出端，用來檢測清除諧波后的電壓源，兩個諧波電壓源檢測裝置均將檢測的電壓源信號輸入控制器10 ；控制器10還分別與交流電源7、整流單元9、功率單元8相連接。諧波電壓源檢測裝置1采集得到系統(tǒng)的實時諧波電壓，將諧波電壓信號輸入控制器10，由控制器10計算得出一個與諧波電壓大小相等、方向相反的電壓，由功率單元8經(jīng)高頻變壓器6輸入由電抗器4、電容器5串聯(lián)構成的LC支路，該電壓與諧波電壓相疊加，使諧波輸出電壓為零，達到濾除電網(wǎng)諧波電壓的作用。交流電源7為控制單元10、整流單元、濾波單元C、功率單元8提供電源?？刂破?0采集整流單元9的參數(shù)，控制整流單元9的輸出直流電流，以保證功率單元8的輸出結果。本裝置具有保護和旁路功能，由電抗器3、電抗器4、電容器5串聯(lián)組成的基波濾波器的輸入端與輸出端之間并聯(lián)有旁路開關11，并且在電容器5與輸出端之間設有設備投入運行開關13。當裝置有故障時通過控制旁路開關11、設備投入運行開關13將設備退出運行，對設備具有保護作用。本裝置的控制器10完成以下功能1)采集分析由諧波電壓源檢測裝置1采集得到的系統(tǒng)的諧波電壓；2)通過綜合串聯(lián)電抗器3、電抗器4、電容器5、高頻變壓器6的參數(shù)得出功率單元 8所產(chǎn)生的諧波電流(或綜合電流各次諧波電流之和)；3)采集和分析諧波電壓源檢測裝置2得到的諧波電壓及功率單元8的目標諧波電流并通過計算調整，使諧波電壓源檢測裝置2的諧波電壓為“0”或滿足負荷要求；4)采集整流單元9的參數(shù)，并控制整流單元9的輸出直流電壓，保證功率單元8的輸出結果；5)保護和旁路功能，檢測裝置的運行狀態(tài)，當裝置有故障時通過控制旁路開關11 和設備投入運行開關13來將設備退出運行。諧波電壓源檢測裝置1和諧波電壓源檢測裝置2是任何一種能夠準確傳遞和表征電壓及其諧波含量的裝置，它應具有較高的響應速度和很小的誤差；可采用電壓傳感器。電抗器3和電抗器4為工業(yè)用電抗器，其電抗不大于系統(tǒng)阻抗的10%且與電容器 5構成50Hz濾波器，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電抗器4與電容器5綜合構成LC支路，諧振點低于濾除諧波的最小次數(shù)，一般選 3次以下。高頻變壓器6的工作頻率高于逆變器的開關援建工作頻率，最好是2倍以上，容量大于各次諧波的總容量之和。功率單元8的開關器件一般選擇IGBT或更高開關頻率的全控型器件，采用H橋或其他拓撲方式，以電流作為控制目標。本實用新型的具體實施方式
可以有多種電源類型、整流拓撲、逆變拓撲的自由組合，本實用新型主要敘述以下幾種方式1 單組隔離電源+不可控整流單元+兩電平PWM逆變器，見圖2、圖4、圖7。方式2 單組隔離電源+不可控整流單元+三電平PWM逆變器，見圖2、圖4、圖8。方式3 單組隔離電源+兩電平PWM整流單元+兩電平PWM逆變器，見圖2、圖5、 圖7。方式4 單組隔離電源+兩電平PWM整流單元+三電平PWM逆變器，見圖2、圖5、 圖8。方式5 單組隔離電源+三電平PWM整流單元+兩電平PWM逆變器，見圖2、圖6、 圖7。方式6 單組隔離電源+三電平PWM整流單元+三電平PWM逆變器，見圖2、圖6、 圖8。方式7 多組隔離電源+不可控整流單元+H橋級聯(lián)多電平逆變器，見圖3、圖4、圖 9。方式8 多組隔離電源+兩電平PWM整流單元+H橋級聯(lián)多電平逆變器，見圖3、圖
5、圖9。方式9 多組隔離電源+三電平PWM整流單元+H橋級聯(lián)多電平逆變器，見圖3、圖
6、圖9。圖4為三相不可控全橋整流單元的結構圖，由二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6構成三
相不可控全橋整流結構，整流后將信號輸入由電容器C構成的濾波單元，濾波后信號輸入功率單元8。圖5為兩電平PWM整流單元結構圖，由六個IGBT全控型器件(IGBT1、IGBT2、 IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6)分別與二極管(D1、D2、D3、D4、D5、D6)反并聯(lián)組成兩電平 PWM
整流，整流后信號經(jīng)濾波單元C輸入功率單元8。[0050]圖6為三電平PWM整流單元結構圖，每相由4個IGBT器件組成，兩兩IGBT器件串聯(lián)，每個IGBT器件分別反并聯(lián)一個二極管；兩支串聯(lián)IGBT的中點通過二極管(Dl、D2 ；D3、 D4 ；D5、D6)連接在一起，并且二極管(D1、D2 ；D3、D4 ；D5、D6)中點與直流電容C1、C2中點連接起來，使得中性點電位直接鉗位，因此該整流拓撲也稱為中性點鉗位型三電平PWM整流器。圖7是兩電平PWM逆變器功率單元的結構圖，由六個IGBT全控型器件(IGBT1、 IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6)分別與二極管(Dl、D2、D3、D4、D5、D6)反并聯(lián)組成兩電平PWM逆變，逆變后信號經(jīng)高頻變壓器6輸入由電抗器4、電容器5串聯(lián)構成的LC支路。圖8為三電平PWM逆變器功率單元結構圖，每相由4個IGBT器件組成，兩兩IGBT 器件串聯(lián)，每個IGBT器件分別反并聯(lián)一個二極管；兩支串聯(lián)IGBT的中點通過二極管(D1、 D2 ；D3、D4 ；D5、D6)連接在一起，并且二極管(D1、D2 ；D3、D4 ；D5、D6)中點與直流電容C1、C2 中點連接起來，使得中性點電位直接鉗位。圖9為H橋多級串聯(lián)的多電平逆變器功率單元的結構圖，由多個全控型器件反并聯(lián)二極管組成的H橋串聯(lián)組成。圖10是控制器原理圖，控制器由FPGA芯片、CPU芯片、A/D芯片組成，電壓信號或電流信號經(jīng)A/D轉換后進入CPU芯片，經(jīng)CPU芯片處理后進入FPGA芯片，經(jīng)FPGA芯片處理后輸出整流單元、功率單元的控制信號。
權利要求1.一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置，其特征在于，包括諧波電壓源檢測裝置、由電抗器一、電抗器二、電容器串聯(lián)組成的基波濾波器、高頻變壓器、交流電源、功率單元、整流單元、濾波單元、控制器，諧波電壓源檢測裝置有兩個，一個設置在本裝置的輸入端，用來檢測含諧波的電壓源，另一個設置在本裝置的輸出端，用來檢測清除諧波后的電壓源；兩個諧波電壓源檢測裝置均將檢測的電壓源信號輸入控制器；諧波電壓源檢測裝置采集得到系統(tǒng)的實時諧波電壓，將諧波電壓信號輸入控制器，由控制器計算得出一個與諧波電壓大小相等、方向相反的電壓，由功率單元經(jīng)高頻變壓器輸入由電抗器、電容器串聯(lián)構成的LC支路，該電壓與諧波電壓相疊加，使諧波輸出電壓為零， 達到濾除電網(wǎng)諧波電壓的作用；控制器分別與交流電源、整流單元、功率單元相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置，其特征在于，所述的由電抗器一、電抗器二、電容器串聯(lián)組成的基波濾波器的輸入端與輸出端之間并聯(lián)有起保護作用的旁路開關，在電容器與輸出端之間設有設備投入運行開關。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置，其特征在于，所述的整流單元可為三相不可控全橋整流、兩電平PWM整流、或三電平PWM整流結構。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置，其特征在于，所述的功率單元可為兩電平PWM逆變器、三電平PWM逆變器、或H橋多級串聯(lián)的多電平逆變器結構。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置，其特征在于，所述的交流電源可為單組隔離電源或多組隔離電源結構。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置，其特征在于， 所述的控制器由FPGA芯片、CPU芯片、A/D芯片組成，電壓信號或電流信號經(jīng)A/D轉換后進入CPU芯片，經(jīng)CPU芯片處理后進入FPGA芯片，經(jīng)FPGA芯片處理后輸出整流單元、功率單元的控制信號。
專利摘要本實用新型涉及一種用于清除電力系統(tǒng)電壓諧波的裝置，包括諧波電壓源檢測裝置、由電抗器一、電抗器二、電容器串聯(lián)組成的基波濾波器、高頻變壓器、交流電源、功率單元、整流單元、濾波單元、控制器，諧波電壓源檢測裝置采集得到系統(tǒng)的實時諧波電壓，將諧波電壓信號輸入控制器，由控制器計算得出一個與諧波電壓大小相等、方向相反的電壓，由功率單元經(jīng)高頻變壓器輸入由電抗器、電容器串聯(lián)構成的LC支路，該電壓與諧波電壓相疊加，使諧波輸出電壓為零，達到濾除電網(wǎng)諧波電壓的作用；控制器分別與交流電源、整流單元、功率單元相連接。該裝置基于疊加原理通過串聯(lián)諧波電壓源可達到消除電源側高次諧波電壓源對負荷影響的目的，且響應速度快。
文檔編號H02J3/01GK201994667SQ20112008564
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權日2011年3月28日
發(fā)明者孫丹, 孟海星, 張銀山, 李曠, 牟文晶, 王軍, 王躍明, 董雪武, 郭自勇, 黃新明 申請人:榮信電力電子股份有限公司