磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，包括五繞組變壓器，所述五繞組變壓器的一次側(cè)高壓繞組與交流電網(wǎng)相連，二次側(cè)低壓繞組與變流器相連，變流器與負(fù)載相連，五繞組變壓器的兩個(gè)感應(yīng)濾波繞組均連接有一個(gè)濾波電容器組，有源濾波繞組與有源濾波器相連，感應(yīng)濾波繞組與濾波電容器組之間設(shè)有第一電流測(cè)量裝置，二次側(cè)低壓繞組與變流器之間設(shè)有第二電流測(cè)量裝置，第一電流測(cè)量裝置、第二電流測(cè)量裝置分別與指令電流運(yùn)算器相連，指令電流運(yùn)算器與PWM控制器相連，PWM控制器與有源濾波器相連。本實(shí)用新型采用感應(yīng)濾波和有源濾波相結(jié)合，具有高度集成、體積小、全調(diào)諧、無(wú)諧波放大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了諧波與無(wú)功的就近動(dòng)態(tài)連續(xù)治理。
【專利說(shuō)明】磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及配電網(wǎng)的諧波治理與無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域，特別涉及一種磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前配電網(wǎng)中電力電子器件的大量使用，不可避免地產(chǎn)生了系統(tǒng)諧波污染嚴(yán)重、功率因數(shù)低下、電壓閃變與不平衡等電能質(zhì)量問(wèn)題。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，用電設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量更加敏感，對(duì)電網(wǎng)的供電質(zhì)量提出了更高的要求，電網(wǎng)的諧波治理與無(wú)功補(bǔ)償已經(jīng)成為研究的重要內(nèi)容。
[0003]目前，在改善電能質(zhì)量方面主要的濾波技術(shù)有無(wú)源濾波、有源濾波和混合有源濾波。其中，無(wú)源濾波由于裝置結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)與制造比較容易，且初期投資成本較低，在電力系統(tǒng)與工業(yè)配用電系統(tǒng)中得到了廣泛使用。然而，無(wú)源濾波器的濾波效能容易受到系統(tǒng)阻抗的制約。當(dāng)電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，有可能引起濾波阻抗與系統(tǒng)阻抗間的串/并聯(lián)諧振，這不僅影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且限制了濾波性能的發(fā)揮。
[0004]隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大功率可關(guān)斷器件(GTR、GTO、IGBT等)的不斷進(jìn)步，以及諧波檢測(cè)與控制技術(shù)的深入研究，有源濾波在電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。與無(wú)源濾波器相比，有源濾波具有高度的可控性和快速響應(yīng)性，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化的諧波，濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可以消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)。盡管有源濾波有著無(wú)源濾波器所不具備的巨大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但由于受開(kāi)關(guān)器件的限制，其成本較高，容量的增加有限。當(dāng)前大功率濾波裝置從經(jīng)濟(jì)上考慮，一般采用有源濾波與無(wú)源濾波器并聯(lián)使用的混合型有源濾波系統(tǒng)以減小有源濾波的容量，達(dá)到降低成本，提高效率的目的。但混合濾波由于使用了無(wú)源濾波器同樣存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的可能性。
[0005]特別值得指出的是，上述濾波方式無(wú)論是無(wú)源濾波、有源濾波還是混合濾波，主要是用來(lái)解決諧波與無(wú)功分量對(duì)電網(wǎng)的不良影響，但對(duì)于電網(wǎng)所連接的供電系統(tǒng)自身而言，并未取得有益改善。由非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波與無(wú)功分量在供電系統(tǒng)中自由流通而未得到任何的抑制，這不僅惡化了供電系統(tǒng)中主設(shè)備的電磁環(huán)境，增加了主設(shè)備的附加損耗、振動(dòng)與噪音，而且降低了系統(tǒng)穩(wěn)定性與運(yùn)行效率，另外，無(wú)源濾波器中濾波電抗器和有源濾波器中的隔離變壓器都是獨(dú)立存在的，使得濾波裝置的體積大，有效材料消耗多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種體積小、成本低并且能夠消除電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗對(duì)濾波效能制約作用的磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)。
[0007]本實(shí)用新型解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，包括五繞組變壓器、變流器、濾波電容器組、有源濾波器、指令電流運(yùn)算器和PWM控制器，所述五繞組變壓器包括一次側(cè)高壓繞組、二次側(cè)低壓繞組、兩個(gè)感應(yīng)濾波繞組和一個(gè)有源濾波繞組，其中一次側(cè)高壓繞組與交流電網(wǎng)相連，二次側(cè)低壓繞組與變流器相連，變流器與負(fù)載相連，五繞組變壓器的兩個(gè)感應(yīng)濾波繞組均連接有一個(gè)濾波電容器組，有源濾波繞組與有源濾波器相連，所述感應(yīng)濾波繞組與濾波電容器組之間設(shè)有第一電流測(cè)量裝置，所述二次側(cè)低壓繞組與變流器之間設(shè)有第二電流測(cè)量裝置，所述第一電流測(cè)量裝置、第二電流測(cè)量裝置分別與指令電流運(yùn)算器相連，指令電流運(yùn)算器與PWM控制器相連，PWM控制器與有源濾波器相連。
[0008]所述磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)還包括高通濾波器，所述高通濾波器分別與有源濾波器、有源濾波繞組相連。
[0009]所述的兩個(gè)濾波電容器組一個(gè)為5次或11次特征諧波濾波電容器組，另一個(gè)為7次或13次特征諧波濾波電容器組。
[0010]所述第一電流測(cè)量裝置為電流傳感器。
[0011 ] 所述第二電流測(cè)量裝置為電流傳感器。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0013]( I)本實(shí)用新型采用磁集成技術(shù)，設(shè)計(jì)成五繞組變壓器，使得該五繞組變壓器兩個(gè)感應(yīng)濾波繞組的等值漏電抗分別與所連接的濾波電容器組在特定次諧波頻率下可完全達(dá)到串聯(lián)諧振狀態(tài)，然后通過(guò)五繞組變壓器內(nèi)部的電磁感應(yīng)機(jī)理，對(duì)特征諧波進(jìn)行濾波，并且對(duì)基波進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。此種感應(yīng)濾波不必考慮電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗的影響以進(jìn)行繁瑣的偏調(diào)諧設(shè)計(jì)，從根本上擺脫了電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗對(duì)濾波效能的制約作用，另外，濾波電抗器完全與五繞組變壓器集成一體，消除了由濾波電抗器所占的體積。
[0014](2)本實(shí)用新型的五繞組變壓器有源濾波繞組連接有有源濾波器，對(duì)除了感應(yīng)濾波濾除諧波的其他次諧波進(jìn)行濾波，并對(duì)基波進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，這相當(dāng)于將有源濾波器的隔離變壓器磁集成配電變壓`器，消除了隔離變壓器所占的體積。
[0015](3)本實(shí)用新型能在靠近非線性負(fù)載側(cè)，實(shí)現(xiàn)諧波和無(wú)功的就近抑制和補(bǔ)償，這不僅降低了所述五繞組變壓器的附加損耗、溫升、振動(dòng)與噪音，而且實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工業(yè)整流供電系統(tǒng)的聞功率因數(shù)和聞效率穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本實(shí)用新型的單相等值電路圖。
[0018]圖1中:1、五繞組變壓器，2、第一濾波電容器組，3、第二濾波電容器組，4、指令電流運(yùn)算器，5、PWM控制器，6、第一電流測(cè)量裝置，7、第二電流測(cè)量裝置，8、高通濾波器，9、變流器，10、負(fù)載，11、交流電網(wǎng)，12、有源濾波器；
[0019]圖2中七山、!^、!^、!^分別為五繞組變壓器的一次側(cè)高壓繞組、二次側(cè)低壓繞組、第一感應(yīng)濾波繞組、第二感應(yīng)濾波繞組、有源濾波繞組的等值電感；LS為電網(wǎng)的等值電感；C3、C4分別為第一濾波電容器組、第二濾波電容器組的濾波電容；IU、ILh為負(fù)載側(cè)基波無(wú)功電流和諧波電流；131、I3h為第一感應(yīng)濾波繞組側(cè)電容負(fù)載基波無(wú)功電流和諧波電流；141、I4h為第二感應(yīng)濾波繞組側(cè)電容負(fù)載基波無(wú)功電流和諧波電流；151、I5h為有源濾波器產(chǎn)生的基波無(wú)功電流和諧波電流；Isl、Ish電網(wǎng)側(cè)基波無(wú)功電流和諧波電流。
【具體實(shí)施方式】[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型包括五繞組變壓器1、第一濾波電容器組2、第二濾波電容器組3、指令電流運(yùn)算器4、PWM控制器5、第一電流測(cè)量裝置6、第二電流測(cè)量裝置7、高通濾波器8、變流器9、有源濾波器12，所述五繞組變壓器I包括一次側(cè)高壓繞組、二次側(cè)低壓繞組、第一感應(yīng)濾波繞組、第二感應(yīng)濾波繞組和一個(gè)有源濾波繞組，其中一次側(cè)高壓繞組與交流電網(wǎng)I相連，二次側(cè)低壓繞組與變流器9相連，變流器9與負(fù)載10相連，五繞組變壓器的第一感應(yīng)濾波繞組、第二感應(yīng)濾波繞組分別與第一濾波電容器組2、第二濾波電容器組3相連，有源濾波繞組與有源濾波器12相連，所述第一感應(yīng)濾波繞組與第一濾波電容器組2之間、第二感應(yīng)濾波繞組與第二濾波電容器組3之間設(shè)有第一電流測(cè)量裝置6，所述二次側(cè)低壓繞組與變流器9之間設(shè)有第二電流測(cè)量裝置7，所述第一電流測(cè)量裝置6、第二電流測(cè)量裝置7為電流傳感器，所述第一電流測(cè)量裝置6、第二電流測(cè)量裝置7分別與指令電流運(yùn)算器4相連，指令電流運(yùn)算器4與PWM控制器5相連，PWM控制器與有源濾波器12相連，所述高通濾波器8分別與有源濾波器12、有源濾波繞組相連；所述第一濾波電容器組2為5次或11次特征諧波濾波電容器組，第二濾波電容器組3為7次或13次特征諧波濾波電容器組。
[0022]第一濾波電容器組2、第二濾波電容器組3與第一感應(yīng)濾波繞組、第二感應(yīng)濾波繞組的等值漏電感匹配分別對(duì)5、7次(或11、13次)特征諧波發(fā)生完全諧振，對(duì)變流器9產(chǎn)生的5、7次(或11、13次)特征諧波進(jìn)行感應(yīng)濾波。指令電流運(yùn)算器4輸入端與第一電流測(cè)量裝置6，第二電流測(cè)量裝置7相連，將第一電流測(cè)量裝置6、第二電流測(cè)量裝置7測(cè)量的電流進(jìn)行分析運(yùn)算，輸出有源濾波器12的指令電流，即除去感應(yīng)濾波后仍需要補(bǔ)償?shù)闹C波及無(wú)功電流。指令電流運(yùn)算器4輸出端與PWM控制器5相連，PWM控制器5接受指令電流信息，控制有源濾波器12產(chǎn)生需要的諧波及無(wú)功電流。二階高通濾波器8用來(lái)濾除有源濾波器12產(chǎn)生的高頻諧波。
[0023]本實(shí)用新型采用感應(yīng)濾波和有源濾波相結(jié)合的混合濾波方式，達(dá)到了傳統(tǒng)無(wú)源濾波和有源濾波的效果，并且具有高度集成、體積小；全調(diào)諧、無(wú)諧波放大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了諧波與無(wú)功的就近動(dòng)態(tài)連續(xù)治理 ，使電網(wǎng)側(cè)得到高質(zhì)量的電能。
[0024]圖2闡述了本實(shí)用新型的濾波及無(wú)功補(bǔ)償原理。若考慮變流器9 (諧波源)側(cè)產(chǎn)生的h次(h=5，7，11，13)特征諧波電流Iui,則諧波電流Ili饋入至電網(wǎng)側(cè)所導(dǎo)致的電網(wǎng)側(cè)h次諧波電流的含量Ish，也即五繞組變壓器I的一次側(cè)高壓繞組存在的h次諧波電流Ilh，可表示為:
r n f l!h\1.1h0.)L' - JlhojCx) / /(Jha)L4 - jljhojCA) / !(Jha)L, + jha)l' )]
[0025]hh =-^~T~--⑴
lha)L{ + jhwL、
[0026]諧波電流Iui饋入至五繞組變壓器I的第一感應(yīng)濾波繞組所導(dǎo)致的h次諧波電流含量I3h可表示為:
「 n J 1,?[(Jh(,兒' -./,/h(')C') / /(JhcoL1- jjh(oCA) / /(Jha)Li + jhojL,)]
[0027]hh =--TJT-^--2)
jncou - jjhxoL,
[0028]諧波電流Iui饋入至五繞組變壓器I的第二感應(yīng)濾波繞組所導(dǎo)致的h次諧波電流含量I4h可表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:包括五繞組變壓器、變流器、濾波電容器組、有源濾波器、指令電流運(yùn)算器和PWM控制器，所述五繞組變壓器包括一次側(cè)高壓繞組、二次側(cè)低壓繞組、兩個(gè)感應(yīng)濾波繞組和一個(gè)有源濾波繞組，其中一次側(cè)高壓繞組與交流電網(wǎng)相連，二次側(cè)低壓繞組與變流器相連，變流器與負(fù)載相連，五繞組變壓器的兩個(gè)感應(yīng)濾波繞組均連接有一個(gè)濾波電容器組，有源濾波繞組與有源濾波器相連，所述感應(yīng)濾波繞組與濾波電容器組之間設(shè)有第一電流測(cè)量裝置，所述二次側(cè)低壓繞組與變流器之間設(shè)有第二電流測(cè)量裝置，所述第一電流測(cè)量裝置、第二電流測(cè)量裝置分別與指令電流運(yùn)算器相連，指令電流運(yùn)算器與PWM控制器相連，PWM控制器與有源濾波器相連。
2.如權(quán)利要求1所述的磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:還包括高通濾波器，所述高通濾波器分別與有源濾波器、有源濾波繞組相連。
3.如權(quán)利要求1所述的磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述的兩個(gè)濾波電容器組一個(gè)為5次或11次特征諧波濾波電容器組，另一個(gè)為7次或13次特征諧波濾波電容器組。
4.如權(quán)利要求1所述的磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述第一電流測(cè)量裝置為電流傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的磁集成式混合型電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述第二電流測(cè)量裝置為電流傳感器。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK203553942SQ201320614799
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】陳躍輝, 周冠東, 許加柱, 羅隆福, 王燦, 馬芳 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司, 湖南大學(xué), 湖南華大電工高科技有限公司