專利名稱：混合電力濾波器主電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種電カ濾波器，特別涉及ー種混合電カ濾波器主電路。
背景技術：
目前，現(xiàn)有混合電カ濾波器包括有源濾波器和無源濾波器串聯(lián)組成的濾波器支路，并配備電網(wǎng)電流檢測用的電流檢測器和補償電流檢測器；另外還有ー種包括有源濾波器和基波串聯(lián)諧振型的無源濾波器并聯(lián)組成的混合電カ濾波器，有源濾波器和無源濾波器之間通過隔離變壓器進行耦合。其缺點是:有源濾波器要承受基波電壓，不適用于高壓系統(tǒng)；不具備補償基波無功和無源濾波器濾除特征次諧波電流功能，且系統(tǒng)濾除諧波能力容量受限?，F(xiàn)有的混合電カ濾波器為了保證用低壓的有源部分能濾除高壓諧波電流，采用耦合變壓器連接有源濾波器與無源濾波器，但這樣會導致系統(tǒng)整體的經(jīng)濟性下降，體積増大，且補償電流通過耦合變壓器會產(chǎn)生相位延時，補償精度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種高精度的混合電カ濾波器主電路。本發(fā)明提供的這種混合電カ濾波器主電路，包括無源濾波電路、有源濾波電路和測量電路，無源濾波電路包括雙調(diào)諧濾波支路和基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路，該兩支路并聯(lián)相接，雙調(diào)諧濾波支路的諧振點設置在3次、5次，基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路的諧振點設置在5次、7次；電網(wǎng)電源與無源濾波電路連接，無源濾波電路再與有源濾波電路連接，其連接點在無源濾波電路中的基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路的基波分壓電容的分壓點處。所述無源濾波電路包括至少ー組由電感和電容串并聯(lián)組成的雙調(diào)諧濾波支路以及至少ー組由電感和電容串并聯(lián)組成的基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路；所述基波分壓電容承擔系統(tǒng)90%以上的電壓，同時補償基波無功功率。所述有源濾波電路包括電源電路、控制単元電路和功率逆變單元電路；電源電路包括隔離變壓器，控制單元電路包括控制模塊和模數(shù)轉換器，功率逆變單元包括三相逆變橋和驅動模塊，有源濾波電路的輸入電壓通過電感與三相逆變橋相連，同時該輸入電壓與隔離變壓器相連，隔離變壓器輸出三路電源，一路驅動電源，用于給驅動模塊供電，一路控制電源，用于給控制模塊供電，一路傳感器電源，用于給系統(tǒng)電壓傳感器B1、負載電流傳感器B2、有源輸入電壓傳感器B3、有源補償電流傳感器B4、無源濾波支路電流傳感器B5和直流母線電壓傳感器Vl供電；該五個傳感器的信號輸出端均與模數(shù)轉換器的輸入端相連，模數(shù)轉換器的輸出端與控制模塊相連，用于將采集并轉換后的傳感信號傳至控制模塊，控制模塊與驅動模塊相連，驅動模塊與三相逆變橋控制端相連，用于對三相逆變橋實施驅動控制。所述測量電路包括系統(tǒng)電壓傳感器B1、負載電流傳感器B2、有源輸入電壓傳感器B3、有源補償電流傳感器B4、無源濾波支路電流傳感器B5和直流母線電壓傳感器Vl ;系統(tǒng)電壓傳感器BI安裝點位于電網(wǎng)電源輸入端，用于測量電網(wǎng)側系統(tǒng)電壓，負載電流傳感器B2安裝點位于負載側，用于測量電網(wǎng)側的負載電流，有源輸入電壓傳感器B3安裝點位于有源濾波支路與無源濾波支路的直接連接點處，用于測量有源濾波電路的輸入電壓，有源補償電流傳感器B4安裝點位于有源濾波支路與無源濾波支路的直接連接點與有源濾波電路之間，用于測量有源濾波電路中的補償電流，無源濾波支路電流傳感器B5接于電網(wǎng)與無源濾波電路之間，用于測量無源濾波電路中的電流，直流母線電壓傳感器Vl并接于所述三相逆變橋上，用于測量直流母線電壓。本發(fā)明的有益效果是:(I)解決了公知的混合有源電カ濾波器無法兼顧基波補償與諧波濾除率整體效果的問題；引入無耦合變壓器結構使得系統(tǒng)的成本及體積減少明顯，同時消除了耦合變壓器帶來的補償電流相位延時的弊端，提高了補償精度；提高系統(tǒng)整體經(jīng)濟性，提升系統(tǒng)濾除高次諧波的精度。(2)無源濾波電路采用新型的基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波電路來取代傳統(tǒng)的注入式諧振阻抗電路，使得無源部分不僅具有分壓調(diào)節(jié)功能，還具有基波無功補償功能以及3，5，7次濾波功能，系統(tǒng)的有源濾波電路部分只需要較低的電壓等級就能濾除高壓諧波電流，有效的降低了系統(tǒng)成本。(3)采用無源濾波電路對低次諧波多重濾波設計及有源濾波電路對高次諧波單獨濾除的設計，保證了在不增加系統(tǒng)容量的條件下，最大限度的提升系統(tǒng)整體濾波效果。無源濾波電路采用雙調(diào)諧濾波器的結構避免了單調(diào)諧濾波器帶來的3次諧波放大問題。(4)針對A相而言，有源濾波電路與無源濾波電路的連接點Xa處，采用第2支路的基波分壓電容Cla2以下的支路阻抗之和與系統(tǒng)總阻抗(含電網(wǎng)阻杭)模之比作為參數(shù)方程，就可以主動控制有源濾波支路流入無源濾波支路的高次諧波環(huán)流大小，提升系統(tǒng)效率及穩(wěn)定性。(5)引入?yún)?shù)優(yōu)化的辦法使得系統(tǒng)設計的可實現(xiàn)性，對指導工程化的應用有積極意義。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)主電路拓撲結構圖。圖2是本發(fā)明的有源濾波支路電路拓撲圖。圖3是本發(fā)明的測量單元電路拓撲圖。圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)設計方法流程圖。圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)實例投入前電網(wǎng)側的諧波畸變率波形圖。圖6是本發(fā)明的系統(tǒng)實例投入后電網(wǎng)側的諧波畸變率波形圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進ー步說明。本發(fā)明包括無源濾波電路、有源濾波電路和測量電路，無源濾波電路包括雙調(diào)諧濾波支路和基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路，該兩支路并聯(lián)相接。電網(wǎng)電源與無源濾波電路連接，無源濾波電路再與有源濾波電路連接，其連接點在無源濾波電路中的基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路的電容分壓點處。本發(fā)明對諧波濾除的分配原則是無源濾波電路負責低次諧波(3，5，7次)，有源濾波電路負責11次及以上高次諧波的濾除，設置無源濾波支路為雙調(diào)諧支路的目的是無源的濾除率只能在50%-60%以內(nèi)，且單調(diào)諧支路對諧振點以下的諧波電流放大，所以采用雙調(diào)諧濾波器來避免低次諧波被放大。如圖1所示，系統(tǒng)電壓傳感器BI并聯(lián)于電網(wǎng)電源輸入端，負載電流傳感器B2串聯(lián)于負載側。電網(wǎng)電源通過無源濾波支路電流傳感器B5與無源濾波電路相連。無源濾波電路包括至少ー組由電感和電容串并聯(lián)組成的雙調(diào)諧濾波支路以及至少ー組由電感和電容串并聯(lián)組成的基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路。對于三相電中的A相而言，雙調(diào)諧濾波支路包括電容Clal、電感Llal、電容C3al和電感L2al，電容Clal通過電感Llal串聯(lián)電感L2al，電容C3al與電感L2al并聯(lián)相接，由此可組成ー種A相雙調(diào)諧濾波支路，其諧振點設置在3次、5次?；ǚ謮捍?lián)雙調(diào)諧濾波支路是在上述雙調(diào)諧濾波支路的基礎上的改進，在電容C4a2與電網(wǎng)連接點之間串聯(lián)了基波分壓電容Cla2，該基波分壓電容既起到基波電壓分壓的作用，又起到補償基波無功的作用。該濾波支路包括基波分壓電容Cla2、電容C4a2、電感Lla2、電容C3a2和電感L2a2，基波分壓電容Cla2通過電容C4a2串聯(lián)電感Lla2后，再串聯(lián)電感L2a2，電容C3a2與電感L2a2并聯(lián)相接，由此可組成ー種A相基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路，其諧振點設置在5次、7次。基波分壓電容Cla2與電容C4a2之間為無源濾波電路與有源濾波電路的連接點Xa。對于三相電中的B相而言，雙調(diào)諧濾波支路包括電容Cla3、電感Lla3、電容C3a3和電感L2a3，電容Cla3通過電感Lla3串聯(lián)電感L2a3，電容C3a3與電感L2a3并聯(lián)相接，由此可組成ー種B相雙調(diào)諧濾波支路。基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路包括基波分壓電容Cla4、電容C4a4、電感Lla4、電容C3a4和電感L2a4，基波分壓電容Cla4通過電容C4a4串聯(lián)電感Lla4后，再串聯(lián)電感L2a4，電容C3a4與電感L2a4并聯(lián)相接，由此可組成ー種B相基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路?；ǚ謮弘娙軨la4與電容C4a4之間為無源濾波電路與有源濾波電路的連接點Xb。對于三相電中的C相而言，雙調(diào)諧濾波支路包括電容Cla5、電感Lla5、電容C3a5和電感L2a5，電容Cla5通過電感Lla5串聯(lián)電感L2a5，電容C3a5與電感L2a5并聯(lián)相接，由此可組成ー種C相雙調(diào)諧濾波支路?；ǚ謮捍?lián)雙調(diào)諧濾波支路包括基波分壓電容Cla6、電容C4a6、電感Lla6、電容C3a6和電感L2a6，基波分壓電容Cla6通過電容C4a6串聯(lián)電感Lla6后，再串聯(lián)電感L2a6，電容C3a6與電感L2a6并聯(lián)相接，由此可組成ー種C相基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路?；ǚ謮弘娙軨la6和電容C4a6之間為無源濾波電路與有源濾波電路的連接點Xe。無源濾波電路與有源濾波電路的連接不通過耦合變壓器，而是直接電路連接，其連接點位于基波分壓電容不與電網(wǎng)連接的ー側，即基波分壓電容的分壓測，這樣落在有源濾波電路上的電壓就是經(jīng)過了基波分壓電容分壓后的電壓，此電壓有效值可根據(jù)連接點上下間的阻抗比取得合適的值。無源濾波電路與有源濾波電路的連接點分別位于上述連接點Xa、連接點Xb和連接點Xe，有源補償電流傳感器B4用于測量有源濾波電路的輸出電流。有源輸入電壓傳感器B3安裝位于上述連接點與有源濾波電路之間。電阻SRLCl與電容SRLCO并聯(lián)后接于有源濾波電路直流母線電壓的正極端和負極端，直流母線電壓傳感器Vl與電容SRLCO并聯(lián)，輸出直流電壓Udc信號。 在實際應用中，由于負載的不同，可能導致補償?shù)幕o功容量，諧波電流大小均會有不同，本發(fā)明的工程應用推廣可包括若干組電感，電容串并聯(lián)組成的雙調(diào)諧濾波支路及由電感，電容串并聯(lián)組成的基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路。 如圖2所示，有源濾波電路包括電源電路、控制單元電路和功率逆變單元電路。電源電路包括隔離變壓器?？刂茊卧娐钒刂颇K和模數(shù)轉換器。功率逆變單元包括三相逆變橋和驅動模塊。有源濾波電路的輸入電壓通過電感與三相逆變橋相連，同時該輸入電壓與隔離變壓器相連，隔離變壓器輸出三路電源:一路驅動電源，用于給驅動模塊供電；一路控制電源，用于給控制模塊供電；一路傳感器電源，用于給系統(tǒng)電壓傳感器B1、負載電流傳感器B2、有源輸入電壓傳感器B3、有源補償電流傳感器B4、無源濾波支路電流傳感器B5和直流母線電壓傳感器Vl供電；這六個傳感器的信號輸出端均與模數(shù)轉換器的輸入端相連，模數(shù)轉換器的輸出端與控制模塊相連，用于將采集并轉換后的傳感信號傳至控制模塊，控制模塊與驅動模塊相連，驅動模塊與三相逆變橋控制端相連，用于對三相逆變橋實施驅動控制。本發(fā)明取消了耦合變壓器，采用基波電容分壓，有源濾波電路直接與無源濾波電路連接，連接點的電壓通過上下端阻抗比進行調(diào)節(jié)。一般情況下，設計基波分壓電容承擔系統(tǒng)90%以上的電壓，同時補償基波無功。當該連接點的電壓不穩(wěn)定時，控制單元還可以通過計算調(diào)節(jié)混合濾波電路的系統(tǒng)阻抗，保證連接點電壓的穩(wěn)定。如圖3所示，測量電路包括系統(tǒng)電壓傳感器B1、負載電流傳感器B2、有源輸入電壓傳感器B3、有源補償電流傳感器B4、無源濾波支路電流傳感器B5和直流母線電壓傳感器VI。系統(tǒng)電壓傳感器BI并聯(lián)于電網(wǎng)電源輸入端，用于測量電網(wǎng)側系統(tǒng)電壓；負載電流傳感器B2串聯(lián)于負載側，用于測量電網(wǎng)側的負載電流；有源輸入電壓傳感器B3并聯(lián)接于連接點與有源濾波電路之間，用于測量有源濾波電路的輸入電壓；有源補償電流傳感器B4串聯(lián)接于連接點與有源濾波電路之間，用于測量有源濾波電路中的補償電流；無源濾波支路電流傳感器B5接于電網(wǎng)與無源濾波電路之間，用于測量無源濾波電路中的電流；直流母線電壓傳感器Vl并接于三相逆變橋上，用于測量直流母線電壓。如圖4所示，本發(fā)明的設計實現(xiàn)按以下步驟進行。(I)確定設計原則。系統(tǒng)具備基波無功補償功能，具備濾除大容量的3次、5次、7次、11次、13次諧波功能，且總體諧波濾除率> 80% ;系統(tǒng)具備經(jīng)濟性，且采樣延時最??；系統(tǒng)能適用于IOKV的高壓環(huán)境。系統(tǒng)與電網(wǎng)無諧振風險，不發(fā)生網(wǎng)側諧波電流放大，盡量減少有源濾波電路與無源濾波電路的高次諧波環(huán)流。( 2 )根據(jù)以上設計原則，確定電路拓撲結構。系統(tǒng)由有源濾波電路與無源濾波電路共同組成。考慮有源濾波電路容量限制及經(jīng)濟性，主要用來濾除11次、13次及以上諧波；3-7次諧波由無源濾波電路濾除，同時無源濾波電路負責基波無功補償；系統(tǒng)無耦合變壓器，有源濾波電路與無源濾波電路的分壓點的電壓比為1:10。無源濾波電路的電器件采用IOKV級電器件，有源濾波電路的電器件采用IKV級電器件。無源濾波電路采用兩組雙調(diào)諧濾波器支路的設計方式，I組設計在3次、5次諧振點，其優(yōu)于單調(diào)諧濾波支路在于:5次單調(diào)諧濾波支路會對3次諧波造成放大，而3次、5次雙調(diào)諧濾波支路則不會對該諧波造成放大；另一組雙調(diào)諧濾波支路的諧振點設計在5次、7次，用于增大5次諧波的濾除率及兼顧7次濾波。在5次、7次雙調(diào)諧濾波支路的前端串入基波分壓電容，使得此電容下端電壓保持在系統(tǒng)電壓的1/10以內(nèi)，滿足有源濾波電路的輸入電壓要求。有源濾波電路的輸出容量按負載高次諧波含量大小及系統(tǒng)經(jīng)濟最優(yōu)性優(yōu)化設計。(3)主電路拓撲結構參數(shù)模型的確定。A.根據(jù)上述電路拓撲結構中的電器件未知參數(shù)的多少，確定參數(shù)模型等式數(shù)量。以A相為例，系統(tǒng)A相主電路拓撲中共有9個未知參數(shù)，分別是電容Clal、電感Llal、電容C3al、電感L2al、電容C3a2、電感L2a2、基波分壓電容Cla2、電容C4a2和電感Lla2。前4個參數(shù)可設為第I條支路參數(shù)，后5個參數(shù)設為第2條支路參數(shù)，由此可知，至少需要9個線性方程組才能求出上述所有未知數(shù)。B.主電路拓撲結構參數(shù)的線性方程組模型的建立:方程1:設A相總基波無功補償容量為Q，第I條支路的無功補償容量為Q1，則有
權利要求
1.ー種混合電カ濾波器主電路，包括無源濾波電路、有源濾波電路和測量電路，其特征在干，無源濾波電路包括雙調(diào)諧濾波支路和基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路，該兩支路并聯(lián)相接，雙調(diào)諧濾波支路的諧振點設置在3次、5次，基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路的諧振點設置在5次、7次；電網(wǎng)電源與無源濾波電路連接，無源濾波電路再與有源濾波電路連接，其連接點在無源濾波電路中的基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路的基波分壓電容的分壓點處。
2.根據(jù)權利要求1所述的混合電カ濾波器主電路，其特征在于，所述無源濾波電路包括至少ー組由電感和電容串并聯(lián)組成的雙調(diào)諧濾波支路以及至少ー組由電感和電容串并聯(lián)組成的基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路；所述基波分壓電容承擔系統(tǒng)90%以上的電壓，同時補償基波無功功率。
3.根據(jù)權利要求1所述的混合電カ濾波器主電路，其特征在于，所述有源濾波電路包括電源電路、控制単元電路和功率逆變單元電路；電源電路包括隔離變壓器，控制單元電路包括控制模塊和模數(shù)轉換器，功率逆變單元包括三相逆變橋和驅動模塊，有源濾波電路的輸入電壓通過電感與三相逆變橋相連，同時該輸入電壓與隔離變壓器相連，隔離變壓器輸出三路電源，一路驅動電源，用于給驅動模塊供電，一路控制電源，用于給控制模塊供電，一路傳感器電源，用于給系統(tǒng)電壓傳感器B1、負載電流傳感器B2、有源輸入電壓傳感器B3、有源補償電流傳感器B4、無源濾波支路電流傳感器B5和直流母線電壓傳感器Vl供電；該六個傳感器的信號輸出端均與模數(shù)轉換器的輸入端相連，模數(shù)轉換器的輸出端與控制模塊相連，用于將采集并轉換后的傳感信號傳至控制模塊，控制模塊與驅動模塊相連，驅動模塊與三相逆變橋控制端相連，用于對三相逆變橋實施驅動控制。4、根據(jù)權利要求1所述的混合電カ濾波器主電路，其特征在于，所述測量電路包括系統(tǒng)電壓傳感器B1、負載電流傳感器B2、有源輸入電壓傳感器B3、有源補償電流傳感器B4、無源濾波支路電流傳感器B5和直流母線電壓傳感器Vl ;系統(tǒng)電壓傳感器BI安裝點位于電網(wǎng)電源輸入端，用于測量電網(wǎng)側系統(tǒng)電壓，負載電流傳感器B2安裝點位于負載側，用于測量電網(wǎng)側的負載電流，有源輸入電壓傳感器B3安裝點位于有源濾波支路與無源濾波支路的直接連接點處，用于測量有源濾波電路的輸入電壓，有源補償電流傳感器B4安裝點位于有源濾波支路與無源濾波支路的直接連接點與有源濾波電路之間，用于測量有源濾波電路中的補償電流，無源濾波支路電流傳感器B5接于電網(wǎng)與無源濾波電路之間，用于測量無源濾波電路中的電流，直流母線電壓傳感器Vl并接于所述三相逆變橋上，用于測量直流母線電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合電力濾波器主電路，包括無源濾波電路、有源濾波電路和測量電路；無源濾波電路由雙調(diào)諧濾波支路與基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路組成，雙調(diào)諧濾波支路的諧振點設置在3次、5次；另一支路的諧振點設置在5次、7次；無源濾波電路與有源濾波電路的連接不通過耦合變壓器，而是直接電路連接，測量電路包括電網(wǎng)側的電壓傳感器B1，電網(wǎng)側的負載電流傳感器B2，無源濾波支路中的無源濾波支路電流傳感器B5，有源無源連接點處的電壓傳感器B3，有源濾波電路中的補償電流傳感器B4和直流母線電壓傳感器V1。本發(fā)明引入無耦合變壓器結構使得系統(tǒng)的成本及體積減少明顯，并消除了其帶來的補償電流相位延時的弊端，提高了補償精度。
文檔編號H02J3/01GK103107542SQ201310073930
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權日2013年3月8日
發(fā)明者陳崗, 劉泉, 鄧名高, 關維德, 顏成雄 申請人:威勝集團有限公司