一種電力感應(yīng)調(diào)控濾波系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及諧波治理領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是涉及一種電力感應(yīng)調(diào)控濾波系統(tǒng)及其 控制和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)配電網(wǎng)中非線(xiàn)性負(fù)載的大量使用，不可避免地引起諧波污染嚴(yán)重、功率因數(shù) 低下以及電壓閃變與不平衡等電能質(zhì)量等問(wèn)題。目前，在改善工業(yè)配用電系統(tǒng)電能質(zhì)量方 面的濾波技術(shù)主要有無(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)中得到了廣泛應(yīng)用。但是， 無(wú)源濾波器的濾波性能很容易受到系統(tǒng)阻抗的影響。在電網(wǎng)含有諧波電壓的情況下，當(dāng)電 力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，無(wú)源濾波器的阻抗與系統(tǒng)阻抗可能會(huì)發(fā)生串/并聯(lián)諧振，因此不 僅影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且影響系統(tǒng)的濾波效果。另外，無(wú)源濾波器中采用的電抗器一般 占地面積較大，且投資成本很高，這對(duì)于用地較為緊張的場(chǎng)合來(lái)說(shuō)是一大難題。
[0003] 為了解決無(wú)源濾波技術(shù)存在的不足，有源濾波與混合型有源濾波技術(shù)在電能質(zhì)量 治理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。有源濾波技術(shù)具有諧波跟隨特性好、小容量情況下濾波效果 好等優(yōu)點(diǎn)，但是大容量化難度較大。混合有源濾波系統(tǒng)采用無(wú)源濾波與有源濾波技術(shù)相結(jié) 合，無(wú)源部分補(bǔ)償大功率非線(xiàn)性負(fù)載產(chǎn)生的大部分諧波，而有源部分補(bǔ)償剩余的諧波并提 高了諧波抑制的動(dòng)態(tài)性能，因此混合有源濾波技術(shù)可有效地降低有源部分的容量。然而，有 源濾波器和混合型有源濾波器也存在著占地面積較大的缺點(diǎn)。目前常用的無(wú)源濾波、有源 濾波以及混合有源濾波設(shè)備中，諧波電流都會(huì)流經(jīng)變壓器等供電設(shè)備，這不僅使變壓器工 作在惡劣的電磁環(huán)境中，增加了變壓器的附加損耗、振動(dòng)與噪音，減少變壓器的使用壽命， 而且影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定性與運(yùn)行效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種電力感應(yīng)調(diào)控濾波系統(tǒng) 及其控制方法，能夠解決系統(tǒng)阻抗對(duì)無(wú)源濾波效果的影響，在保證電網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量滿(mǎn)足國(guó) 標(biāo)的前提下，有效解決諧波和無(wú)功對(duì)變壓器帶來(lái)的諸如諧波污染嚴(yán)重、附加損耗大、振動(dòng)與 噪音大、系統(tǒng)功率因數(shù)低、系統(tǒng)運(yùn)行效率低等一系列問(wèn)題，同時(shí)解決目前工業(yè)配電網(wǎng)中使用 的濾波設(shè)備占地面積較大的缺點(diǎn)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種電力感應(yīng)調(diào)控濾波系統(tǒng)，包括相互連接的新型整流變壓器和濾波支路；
[0007] 所述濾波支路包括串聯(lián)連接的電壓源型逆變器及無(wú)源調(diào)諧支路；
[0008] 所述新型整流變壓器的高壓側(cè)繞組采用星形接線(xiàn)，直接與電網(wǎng)相連接，低壓側(cè)采 用延邊三角形接線(xiàn)；其中，低壓側(cè)延邊繞組依次連接整流器和非線(xiàn)性負(fù)載，低壓側(cè)三角形繞 組與延邊繞組的交點(diǎn)與濾波支路中的無(wú)源調(diào)諧支路相連接；
[0009] 所述無(wú)源調(diào)諧支路由三個(gè)5次單調(diào)諧電路組成，新型整流變壓器中的低壓側(cè)三角 形繞組與低壓側(cè)延邊繞組的每一個(gè)交點(diǎn)連接一個(gè)5次單調(diào)諧電路；
[0010] 每個(gè)5次單調(diào)諧電路包括依次串聯(lián)的5次濾波空心電抗器和電容；所述5次濾波 空心電抗器集成于新型整流變壓器內(nèi)部。
[0011] 進(jìn)一步地，所述5次濾波空心電抗器包括纏繞于新型整流變壓器的鐵芯上的兩個(gè) 繞組，所述兩個(gè)繞組的同名端相反，在鐵芯上相互隔開(kāi)一段距離設(shè)置且關(guān)于鐵芯的中點(diǎn)對(duì) 稱(chēng)分布；兩個(gè)繞組與高壓側(cè)繞組之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相同、方向相反，且兩個(gè)繞組與低壓 側(cè)延邊繞組之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相同、方向相反。
[0012] 進(jìn)一步地，所述低壓側(cè)三角形繞組的等值漏抗近似于零。
[0013] 進(jìn)一步地，所述低壓側(cè)三角形繞組的等值漏抗為零，所述低壓側(cè)三角形繞組的等 值阻抗為零。
[0014] 進(jìn)一步地，所述電壓源型逆變器為兩電平逆變器、三電平逆變器或多電平逆變器。
[0015] 進(jìn)一步地，所述濾波支路還包括與電壓源型逆變器連接的控制電路。
[0016] -種控制以上所述的電力感應(yīng)調(diào)控濾波系統(tǒng)的控制方法，包括：
[0017]S1、電網(wǎng)側(cè)a相電壓經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)產(chǎn)生一個(gè)同步角，為控制電路提供參考信號(hào)；
[0018] S2、電網(wǎng)側(cè)三相電壓及三相電流經(jīng)過(guò)DQ變換后分別得到DQ坐標(biāo)下的電壓和電流， 在經(jīng)過(guò)p、q運(yùn)算電路后得到瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率，再經(jīng)過(guò)高通濾波器后，得到瞬 時(shí)有功功率及瞬時(shí)無(wú)功功率的直流分量；
[0019] S3、實(shí)測(cè)直流電壓值與參考值之差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器注入瞬時(shí)無(wú)功功率的直流分量；
[0020] S4、將得到的瞬時(shí)有功功率及瞬時(shí)無(wú)功功率的直流分量經(jīng)過(guò)諧波電流檢測(cè)電路得 到諧波電流在DQ坐標(biāo)系的分量，經(jīng)過(guò)反DQ變換轉(zhuǎn)化為ABC坐標(biāo)系下的三相諧波電流指令；
[0021] S5、將三相諧波電流指令與虛擬電阻相乘，并將輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)PWM信號(hào)模塊，得到 電壓源型逆變器的控制信號(hào)，輸入到電壓源型逆變器中。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0023] 本發(fā)明中新型整流變壓器內(nèi)部集成了 5次濾波空心電抗器，采用特殊的繞組排布 有效避免各繞組間存在功率耦合現(xiàn)象而影響濾波效果；新型整流變壓器外部配相應(yīng)的電容 器組成無(wú)源調(diào)諧支路，節(jié)省了原有鐵芯電抗器的占地面積，因此有效地減小了濾波裝置的 體積，從而可以大大節(jié)約投資成本。
[0024] 充分利用了無(wú)源濾波、有源濾波和感應(yīng)濾波各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，5次單調(diào)諧電路在基 波頻率下呈容性，起主要的諧波抑制作用，且承受了大部分基波電壓；電壓源型逆變器僅承 受少量的諧波電壓，因此電壓源型逆變器部分的容量將會(huì)大大減少，從而減少投資成本；無(wú) 源調(diào)諧支路和電壓源型逆變器接在變壓器的延邊繞組與三角形繞組的交點(diǎn)處，其位置最為 接近諧波源，可從諧波流通路徑上對(duì)諧波加以抑制，因此可有效地減少諧波對(duì)變壓器帶來(lái) 的諸如振動(dòng)與噪音、損耗大等不利影響。
[0025] 電壓源型逆變器與無(wú)源調(diào)諧支路串聯(lián)，起輔助濾波作用；它能解決無(wú)源調(diào)諧支路 對(duì)諧波跟隨性不足問(wèn)題，提高無(wú)源調(diào)諧支路的濾波效果。
[0026] 本發(fā)明可有效抑制新型整流變壓器高壓側(cè)所產(chǎn)生的諧波電流，由于變壓器集成了 濾波電抗器，變壓器與系統(tǒng)阻抗連接，從濾波支路來(lái)看，相當(dāng)于增大了工業(yè)配電網(wǎng)的等效系 統(tǒng)阻抗，因此可有效地提高無(wú)源調(diào)諧支路的抗諧振能力。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明所述的一種電力感應(yīng)調(diào)控濾波系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明中新型整流變壓器的繞組排布結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明中新型整流變壓器的繞組互感關(guān)系示意圖；
[0030]圖4是本發(fā)明所述的一種電力感應(yīng)調(diào)控濾波系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖。
[0031] 附圖標(biāo)記：
[0032] 新型整流變壓器1 濾波支路2 5次濾波空心電抗器3
[0033] 無(wú)源調(diào)諧支路4 5次單調(diào)諧電路5 電壓源型逆變器6
[0034] 電網(wǎng)7 整流器9 高壓繞組10
[0035] 低壓側(cè)三角形繞組11 低壓側(cè)延邊繞組12 鐵芯14