磁集成式混合型電力濾波與無功補償系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種磁集成式混合型電力濾波與無功補償系統，包括五繞組變壓器，所述五繞組變壓器的一次側高壓繞組與交流電網相連，二次側低壓繞組與變流器相連，變流器與負載相連，五繞組變壓器的兩個感應濾波繞組均連接有一個濾波電容器組，有源濾波繞組與有源濾波器相連，感應濾波繞組與濾波電容器組之間設有第一電流測量裝置，二次側低壓繞組與變流器之間設有第二電流測量裝置，第一電流測量裝置、第二電流測量裝置分別與指令電流運算器相連，指令電流運算器與PWM控制器相連，PWM控制器與有源濾波器相連。本實用新型采用感應濾波和有源濾波相結合，具有高度集成、體積小、全調諧、無諧波放大的特點，實現了諧波與無功的就近動態連續治理。
【專利說明】磁集成式混合型電力濾波與無功補償系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及配電網的諧波治理與無功補償領域，特別涉及一種磁集成式混合型電力濾波與無功補償系統。
【背景技術】
[0002]目前配電網中電力電子器件的大量使用，不可避免地產生了系統諧波污染嚴重、功率因數低下、電壓閃變與不平衡等電能質量問題。隨著智能電網的發展，用電設備對電能質量更加敏感，對電網的供電質量提出了更高的要求，電網的諧波治理與無功補償已經成為研究的重要內容。
[0003]目前，在改善電能質量方面主要的濾波技術有無源濾波、有源濾波和混合有源濾波。其中，無源濾波由于裝置結構比較簡單、設計與制造比較容易，且初期投資成本較低，在電力系統與工業配用電系統中得到了廣泛使用。然而，無源濾波器的濾波效能容易受到系統阻抗的制約。當電力網絡結構發生變化時，有可能引起濾波阻抗與系統阻抗間的串/并聯諧振，這不僅影響供電系統穩定性，而且限制了濾波性能的發揮。
[0004]隨著電力電子技術的飛速發展，大功率可關斷器件(GTR、GTO、IGBT等)的不斷進步，以及諧波檢測與控制技術的深入研究，有源濾波在電力系統得到了廣泛的應用。與無源濾波器相比，有源濾波具有高度的可控性和快速響應性，可自動跟蹤補償變化的諧波，濾波特性不受系統阻抗的影響，可以消除與系統阻抗發生諧振的危險。盡管有源濾波有著無源濾波器所不具備的巨大技術優勢，但由于受開關器件的限制，其成本較高，容量的增加有限。當前大功率濾波裝置從經濟上考慮，一般采用有源濾波與無源濾波器并聯使用的混合型有源濾波系統以減小有源濾波的容量，達到降低成本，提高效率的目的。但混合濾波由于使用了無源濾波器同樣存在與電網阻抗發生諧振的可能性。
[0005]特別值得指出的是，上述濾波方式無論是無源濾波、有源濾波還是混合濾波，主要是用來解決諧波與無功分量對電網的不良影響，但對于電網所連接的供電系統自身而言，并未取得有益改善。由非線性負荷產生的諧波與無功分量在供電系統中自由流通而未得到任何的抑制，這不僅惡化了供電系統中主設備的電磁環境，增加了主設備的附加損耗、振動與噪音，而且降低了系統穩定性與運行效率，另外，無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立存在的，使得濾波裝置的體積大，有效材料消耗多。
【發明內容】
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種體積小、成本低并且能夠消除電網系統阻抗對濾波效能制約作用的磁集成式混合型電力濾波與無功補償系統。
[0007]本實用新型解決上述問題的技術方案是:一種磁集成式混合型電力濾波與無功補償系統，包括五繞組變壓器、變流器、濾波電容器組、有源濾波器、指令電流運算器和PWM控制器，所述五繞組變壓器包括一次側高壓繞組、二次側低壓繞組、兩個感應濾波繞組和一個有源濾波繞組，其中一次側高壓繞組與交流電網相連，二次側低壓繞組與變流器相連，變流器與負載相連，五繞組變壓器的兩個感應濾波繞組均連接有一個濾波電容器組，有源濾波繞組與有源濾波器相連，所述感應濾波繞組與濾波電容器組之間設有第一電流測量裝置，所述二次側低壓繞組與變流器之間設有第二電流測量裝置，所述第一電流測量裝置、第二電流測量裝置分別與指令電流運算器相連，指令電流運算器與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功補償系統還包括高通濾波器，所述高通濾波器分別與有源濾波器、有源濾波繞組相連。
[0009]所述的兩個濾波電容器組一個為5次或11次特征諧波濾波電容器組，另一個為7次或13次特征諧波濾波電容器組。
[0010]所述第一電流測量裝置為電流傳感器。
[0011 ] 所述第二電流測量裝置為電流傳感器。
[0012]本實用新型的有益效果在于:
[0013]( I)本實用新型采用磁集成技術，設計成五繞組變壓器，使得該五繞組變壓器兩個感應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到串聯諧振狀態，然后通過五繞組變壓器內部的電磁感應機理，對特征諧波進行濾波，并且對基波進行無功補償。此種感應濾波不必考慮電網系統阻抗的影響以進行繁瑣的偏調諧設計，從根本上擺脫了電網系統阻抗對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，對除了感應濾波濾除諧波的其他次諧波進行濾波，并對基波進行無功補償，這相當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)本實用新型能在靠近非線性負載側，實現諧波和無功的就近抑制和補償，這不僅降低了所述五繞組變壓器的附加損耗、溫升、振動與噪音，而且實現了整個工業整流供電系統的聞功率因數和聞效率穩定運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的電路結構示意圖。
[0017]圖2為本實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、指令電流運算器，5、PWM控制器，6、第一電流測量裝置，7、第二電流測量裝置，8、高通濾波器，9、變流器，10、負載，11、交流電網，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高壓繞組、二次側低壓繞組、第一感應濾波繞組、第二感應濾波繞組、有源濾波繞組的等值電感；LS為電網的等值電感；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為負載側基波無功電流和諧波電流；131、I3h為第一感應濾波繞組側電容負載基波無功電流和諧波電流；141、I4h為第二感應濾波繞組側電容負載基波無功電流和諧波電流；151、I5h為有源濾波器產生的基波無功電流和諧波電流；Isl、Ish電網側基波無功電流和諧波電流。
【具體實施方式】[0020]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0021]如圖1所示，本實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、指令電流運算器4、PWM控制器5、第一電流測量裝置6、第二電流測量裝置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包括一次側高壓繞組、二次側低壓繞組、第一感應濾波繞組、第二感應濾波繞組和一個有源濾波繞組，其中一次側高壓繞組與交流電網I相連，二次側低壓繞組與變流器9相連，變流器9與負載10相連，五繞組變壓器的第一感應濾波繞組、第二感應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，所述第一感應濾波繞組與第一濾波電容器組2之間、第二感應濾波繞組與第二濾波電容器組3之間設有第一電流測量裝置6，所述二次側低壓繞組與變流器9之間設有第二電流測量裝置7，所述第一電流測量裝置6、第二電流測量裝置7為電流傳感器，所述第一電流測量裝置6、第二電流測量裝置7分別與指令電流運算器4相連，指令電流運算器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與第一感應濾波繞組、第二感應濾波繞組的等值漏電感匹配分別對5、7次(或11、13次)特征諧波發生完全諧振，對變流器9產生的5、7次(或11、13次)特征諧波進行感應濾波。指令電流運算器4輸入端與第一電流測量裝置6，第二電流測量裝置7相連，將第一電流測量裝置6、第二電流測量裝置7測量的電流進行分析運算，輸出有源濾波器12的指令電流，即除去感應濾波后仍需要補償的諧波及無功電流。指令電流運算器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產生需要的諧波及無功電流。二階高通濾波器8用來濾除有源濾波器12產生的高頻諧波。
[0023]本實用新型采用感應濾波和有源濾波相結合的混合濾波方式，達到了傳統無源濾波和有源濾波的效果，并且具有高度集成、體積小；全調諧、無諧波放大的特點，實現了諧波與無功的就近動態連續治理 ，使電網側得到高質量的電能。
[0024]圖2闡述了本實用新型的濾波及無功補償原理。若考慮變流器9 (諧波源)側產生的h次(h=5，7，11，13)特征諧波電流Iui,則諧波電流Ili饋入至電網側所導致的電網側h次諧波電流的含量Ish，也即五繞組變壓器I的一次側高壓繞組存在的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的第一感應濾波繞組所導致的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的第二感應濾波繞組所導致的h次諧波電流含量I4h可表示為:
【權利要求】
1.一種磁集成式混合型電力濾波與無功補償系統，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、指令電流運算器和PWM控制器，所述五繞組變壓器包括一次側高壓繞組、二次側低壓繞組、兩個感應濾波繞組和一個有源濾波繞組，其中一次側高壓繞組與交流電網相連，二次側低壓繞組與變流器相連，變流器與負載相連，五繞組變壓器的兩個感應濾波繞組均連接有一個濾波電容器組，有源濾波繞組與有源濾波器相連，所述感應濾波繞組與濾波電容器組之間設有第一電流測量裝置，所述二次側低壓繞組與變流器之間設有第二電流測量裝置，所述第一電流測量裝置、第二電流測量裝置分別與指令電流運算器相連，指令電流運算器與PWM控制器相連，PWM控制器與有源濾波器相連。
2.如權利要求1所述的磁集成式混合型電力濾波與無功補償系統，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.如權利要求1所述的磁集成式混合型電力濾波與無功補償系統，其特征在于:所述的兩個濾波電容器組一個為5次或11次特征諧波濾波電容器組，另一個為7次或13次特征諧波濾波電容器組。
4.如權利要求1所述的磁集成式混合型電力濾波與無功補償系統，其特征在于:所述第一電流測量裝置為電流傳感器。
5.如權利要求1所述的磁集成式混合型電力濾波與無功補償系統，其特征在于:所述第二電流測量裝置為電流傳感器。
【文檔編號】H02J3/01GK203553942SQ201320614799
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】陳躍輝, 周冠東, 許加柱, 羅隆福, 王燦, 馬芳 申請人:國網湖南省電力公司, 湖南大學, 湖南華大電工高科技有限公司