本實(shí)用新型涉及電力電子
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種三相四線制并聯(lián)型有源電力無功補(bǔ)償濾波器。
背景技術(shù)：
：：電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得各種非線性和時(shí)變性電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，一是方便了電能的應(yīng)用，二是產(chǎn)生的諧波、無功功率對(duì)電網(wǎng)造成了嚴(yán)重污染，對(duì)電力系統(tǒng)和用戶造成了很大的危害。有源電力濾波器作為一種新型的諧波、無功綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，受到越來越廣泛的關(guān)注。在低壓配電系統(tǒng)中，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和民用建筑中三相四線制系統(tǒng)作為最主要的供電方式而得到廣泛應(yīng)用。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)，商業(yè)和民用電在城市用電中的比例越來越大，城市建筑中存在著大量的辦公自動(dòng)化設(shè)備、家用電器、照明電源及不間斷電源等。這些設(shè)備都會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生大量的零序諧波電流，雖然它們單臺(tái)電器的諧波電流較小，但因其數(shù)量龐大，所帶來的諧波污染是極其嚴(yán)重的。三相四線制在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，其中的諧波和三相不平衡問題越來越引起人們的重視。特別是在農(nóng)村，農(nóng)網(wǎng)建設(shè)相對(duì)薄弱，負(fù)荷性質(zhì)更不可控，三相不平衡現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。農(nóng)網(wǎng)臺(tái)區(qū)比較分散治理困難，這也要求了我們不平衡治理裝置必需要具備便于安裝、免維護(hù)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此對(duì)能補(bǔ)償零序諧波電流的三相四線有源電力濾波器的研究具有很高的實(shí)際研究和應(yīng)用價(jià)值。本申請(qǐng)通過分析系統(tǒng)諧波和三相不平衡問題，有針對(duì)性的進(jìn)行了算法的優(yōu)化，研發(fā)了適用于三相四線制系統(tǒng)的有源電力濾波器，并通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，驗(yàn) 證了有源電力濾波器的有效性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：：本實(shí)用新型的目的在于提供一種三相四線制并聯(lián)型有源電力無功補(bǔ)償濾波器，對(duì)不同頻率的諧波進(jìn)行快速跟蹤補(bǔ)償，實(shí)時(shí)檢測(cè)線路功率因數(shù)并進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、徹底解決三相不平衡的問題。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案：一種有源電力無功補(bǔ)償濾波器，由諧波檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、逆變主電路三個(gè)部分構(gòu)成，所述濾波器并聯(lián)在電網(wǎng)線路的非線性負(fù)載上，，依次連接所述諧波檢測(cè)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和逆變主電路；所述諧波檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)出系統(tǒng)中的諧波給出需要補(bǔ)償諧波的參考值，通過所述控制系統(tǒng)根據(jù)該參考值產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖，控制所述逆變主電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流或者電壓跟蹤該參考值，起到補(bǔ)償效果。上述諧波檢測(cè)系統(tǒng)可準(zhǔn)確計(jì)算補(bǔ)償前與補(bǔ)償后的電流、電壓、諧波、有功無功。上述控制系統(tǒng)由控制算法處理模塊和觸發(fā)脈沖產(chǎn)生模塊兩個(gè)部分組成，所述控制算法處理模塊對(duì)諧波檢測(cè)系統(tǒng)送來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，采用諧波檢測(cè)算法，快速檢測(cè)出需要的諧波與有源濾波器產(chǎn)生的諧波進(jìn)行比較，根據(jù)其差值采用一定的控制方法產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號(hào)送給觸發(fā)脈沖產(chǎn)生模塊；所述觸發(fā)脈沖產(chǎn)生模塊根據(jù)該信號(hào)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖去驅(qū)動(dòng)有源電力濾波器的逆變主電路，使其產(chǎn)生的諧波電流或電壓與所需的諧波電流或電壓相同，從而達(dá)到諧波補(bǔ)償?shù)男Ч?。上述諧波檢測(cè)算法是基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測(cè)算法，適用于該三相四線制并聯(lián)型有源電力無功補(bǔ)償濾波器系統(tǒng)的改進(jìn)型的ip-iq算法，即：當(dāng)系統(tǒng)三相電壓中不含諧波且為基波正序電壓時(shí)，運(yùn)用p-q法可以迅速、準(zhǔn)確的檢測(cè)出被檢電流中的諧波分量和無功分量，克服了傳統(tǒng)方法延時(shí)、精度低等缺點(diǎn)。但是當(dāng)系統(tǒng)電壓也有畸變時(shí)，就會(huì)大大影響諧波檢測(cè)的精度，并且電壓畸變?cè)絿?yán)重，檢測(cè)結(jié)果的精度越低，因此p-q法快速檢測(cè)的精度受電壓質(zhì)量的影響。為了克服電壓存在諧波分量的不足，讓電源電壓不直接參與計(jì)算，用與電源電壓同相位的正弦信號(hào)sinwt和coswt來代替，這樣電源有畸變也不會(huì)影響計(jì)算結(jié)果，從而提高三相電流諧波檢測(cè)的精度。這就是ip-iq算法，其具體的做法如下：定義C32，C如下：C32=231-12-12032-32,C=sinwt-coswt-coswt-sinwt---(1)]]>設(shè)A相電壓為：設(shè)三相電流為：其中n＝3k±1，k為整數(shù)。根據(jù)有：式中n＝3k+1時(shí)取正號(hào)，n＝3k-1時(shí)取負(fù)號(hào)。將計(jì)算得到的電流經(jīng)過低通濾波器后，得到ip，iq的直流分量為：在經(jīng)過反變換即得到電流的基波分量為：最后，三相電流減去上式所計(jì)算得到的基波分量，就得到所需要補(bǔ)償?shù)闹C波分量。iahibhich=iaibic-iafibficf---(7)]]>上述諧波檢測(cè)算法是根據(jù)p、q算法構(gòu)成的無功電流補(bǔ)償裝置，再此基礎(chǔ)上基于瞬時(shí)無功理論的ip、iq檢測(cè)方法解決了三相電壓非正弦、非對(duì)稱情況下三相電路高次諧波和基波負(fù)序電流的準(zhǔn)確檢測(cè)；也準(zhǔn)確檢測(cè)了三相電壓非正弦情況下三相電路基波無功電流?；趩沃芸刂?OCC)的非線性控制方法，通過控制開關(guān)占空比，在每個(gè)周期內(nèi)使開關(guān)變量的平均值與控制參考值相等或成一定比例，從而消除穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)誤差。該控制方法不需檢測(cè)諧波和無功電流分量，控制電路相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性較好。在負(fù)荷三相不平衡、電源側(cè)不平衡或畸變的的情況下仍可保持系統(tǒng)電流三相平衡，且動(dòng)態(tài)變化過程中系統(tǒng)電流實(shí)現(xiàn)平滑過渡，且穩(wěn)定性能良好。本實(shí)用新型還提供上述有源電力無功補(bǔ)償濾波器的外部構(gòu)造，其包括殼體，殼體內(nèi)前端設(shè)有TUC模塊，殼體內(nèi)后端設(shè)有控制器、電容器、斷路器、避雷器、電容專用機(jī)電一體化同步開關(guān)，二次接線箱；所述TUC模塊連接于系統(tǒng)中所述 的諧波檢測(cè)系統(tǒng)上；所述控制器連接于系統(tǒng)中所述的控制系統(tǒng)上，所述控制器連接于二次接線箱上；所述電容器和電容專用機(jī)電一體化同步開關(guān)與控制器相連接，所述電容器與電容專用機(jī)電一體化同步開關(guān)相連接，控制器控制電容器和電容專用機(jī)電一體化同步開關(guān)；所述斷路器和避雷器與電容器相連接。上述控制器上設(shè)有指示燈和急停按鈕。本實(shí)用新型的有益效果在于：該有源電力無功補(bǔ)償濾波器能夠動(dòng)態(tài)有源濾波、快速的補(bǔ)充諧波和無功干擾，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，達(dá)到治理諧波、補(bǔ)償無功和擬制三相不平衡的多重效果，從而把占據(jù)配電網(wǎng)絕大多數(shù)的用戶側(cè)無功阻擋在10kV線路之外，節(jié)能效益顯著，較好實(shí)現(xiàn)了從臺(tái)區(qū)關(guān)口優(yōu)化低壓電網(wǎng)三相不平衡度，降低電網(wǎng)運(yùn)行損耗。附圖說明：圖1是本實(shí)用新型有源電力無功補(bǔ)償濾波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型有源電力無功補(bǔ)償濾波器的外部正視圖；圖3是本實(shí)用新型有源電力無功補(bǔ)償濾波器的外部后視圖；圖中：1-諧波檢測(cè)系統(tǒng)，2-逆變主電路，3-非線性負(fù)載，4-控制算法處理模塊，5-觸發(fā)脈沖產(chǎn)生模塊，6-殼體，7-TUC模塊，8-控制器，9-電容器10-斷路器，11-避雷器，12-電容專用機(jī)電一體化同步開關(guān)，13-二次接線箱，14-指示燈，15-急停按鈕。具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖及其具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，一種有源電力無功補(bǔ)償濾波器，由諧波檢測(cè)系統(tǒng)1、控制系統(tǒng)、逆變主電路2三個(gè)部分構(gòu)成，所述濾波器并聯(lián)在電網(wǎng)線路的非線性負(fù)載3 上，依次連接所述諧波檢測(cè)系統(tǒng)1，控制系統(tǒng)和逆變主電路2；所述諧波檢測(cè)系統(tǒng)1檢測(cè)出系統(tǒng)中的諧波給出需要補(bǔ)償諧波的參考值，通過所述控制系統(tǒng)根據(jù)該參考值產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖，控制所述逆變主電路2產(chǎn)生補(bǔ)償電流或者電壓跟蹤該參考值，起到補(bǔ)償效果。所述諧波檢測(cè)系統(tǒng)1可準(zhǔn)確計(jì)算補(bǔ)償前與補(bǔ)償后的電流、電壓、諧波、有功無功。所述控制系統(tǒng)由控制算法處理模塊4和觸發(fā)脈沖產(chǎn)生模塊5兩個(gè)部分組成，所述控制算法處理模塊4對(duì)諧波檢測(cè)系統(tǒng)1送來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，采用諧波檢測(cè)算法，快速檢測(cè)出需要的諧波與有源濾波器產(chǎn)生的諧波進(jìn)行比較，根據(jù)其差值采用一定的控制方法產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號(hào)送給觸發(fā)脈沖產(chǎn)生模塊5；所述觸發(fā)脈沖產(chǎn)生模塊5根據(jù)該信號(hào)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖去驅(qū)動(dòng)有源電力濾波器的逆變主電路2，使其產(chǎn)生的諧波電流或電壓與所需的諧波電流或電壓相同，從而達(dá)到諧波補(bǔ)償?shù)男Ч?。如圖2、圖3所示，該有源電力無功補(bǔ)償濾波器的外部構(gòu)造，其包括殼體6，殼體6內(nèi)前端設(shè)有TUC模塊7，殼體6內(nèi)后端設(shè)有控制器8、電容器9、斷路器10、避雷器11、電容專用機(jī)電一體化同步開關(guān)12，二次接線箱13；所述TUC模塊7連接于系統(tǒng)中所述的諧波檢測(cè)系統(tǒng)1上；所述控制器8連接于系統(tǒng)中所述的控制系統(tǒng)上，所述控制器8連接于二次接線箱13上；所述電容器9和電容專用機(jī)電一體化同步開關(guān)12與控制器8相連接，所述電容器9與電容專用機(jī)電一體化同步開關(guān)12相連接，控制器8控制電容器9和電容專用機(jī)電一體化同步開關(guān)12；所述斷路器10和避雷器11與電容器9相連接。上述控制器8上設(shè)有指示燈14和急停按鈕15。該有源電力無功補(bǔ)償濾波器所述的諧波檢測(cè)算法是根據(jù)p、q算法構(gòu)成的無功電流補(bǔ)償裝置，再此基礎(chǔ)上基于瞬時(shí)無功理論的ip、iq檢測(cè)方法解決了三相電壓非正弦、非對(duì)稱情況下三相電路高次諧波和基波負(fù)序電流的準(zhǔn)確檢測(cè)；也準(zhǔn)確檢測(cè)了三相電壓非正弦情況下三相電路基波無功電流?；趩沃芸刂?OCC)的非線性控制方法，通過控制開關(guān)占空比，在每個(gè)周期內(nèi)使開關(guān)變量的平均值與控制參考值相等或成一定比例，從而消除穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)誤差。該控制方法不需檢測(cè)諧波和無功電流分量，控制電路相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性較好。在負(fù)荷三相不平衡、電源側(cè)不平衡或畸變的的情況下仍可保持系統(tǒng)電流三相平衡，且動(dòng)態(tài)變化過程中系統(tǒng)電流實(shí)現(xiàn)平滑過渡，且穩(wěn)定性能良好。負(fù)荷電流包含基波有功電流、基波無功電流和各次諧波電流。表示如下：iLk=IpLksin(ωt)+Iqkcos(ωt)+Σn=2∞Inksin(nωt+θn)---(1)]]>其中k＝a，b，c；IpLk、Iqk、Ink、θn分別為非線性負(fù)荷電流中的基波有功分量幅值、基波無功分量幅值、n次諧波分量幅值和n次諧波分量相角。補(bǔ)償后系統(tǒng)電流為：isk＝IpLksin(ωt)(2)系統(tǒng)實(shí)際操作中，該有源電力無功補(bǔ)償濾波器裝置通過采樣計(jì)算逆變主電路2需要提供的補(bǔ)償電流，產(chǎn)生逆變主電路各開關(guān)器件的控制算法處理模塊4經(jīng)觸發(fā)脈沖產(chǎn)生模塊5作用于逆變主電路2開關(guān)器件的通斷，產(chǎn)生補(bǔ)償電流?？刂葡到y(tǒng)經(jīng)采集系統(tǒng)獲得系統(tǒng)補(bǔ)償前電流大小和相位，依據(jù)上述算法原理，計(jì)算出目標(biāo)電流和補(bǔ)償電流，驅(qū)動(dòng)可調(diào)電流源模塊和無源補(bǔ)償模塊發(fā)出補(bǔ)償電流，最終得到電源側(cè)電流接近計(jì)算目標(biāo)電流。系統(tǒng)電流經(jīng)補(bǔ)償后只含有基波有功分量，從而達(dá)到消除諧波和無功補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｑa(bǔ)償后的系統(tǒng)電流與電壓應(yīng)為同相 位，達(dá)到負(fù)荷側(cè)基波功率因數(shù)為1同時(shí)三相平衡的目標(biāo)。該有源電力無功補(bǔ)償濾波有效降低配電網(wǎng)試點(diǎn)區(qū)域線損2％及以上(2％-6％)，可靠提高供電線路電壓，創(chuàng)造明顯的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)無功電壓及三相不平衡節(jié)能控制閉環(huán)化，降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了電力企業(yè)人力成本。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3