一種帶基波諧振單元的電力濾波裝置及方法與流程

本發明涉及電力諧波抑制技術領域，更具體地，涉及一種帶基波諧振單元的電力濾波裝置及方法。

背景技術：

隨著國民經濟的飛速發展和人民生活水平的日益提高，各式各類的用電設備走入了百姓家中，人們對電力需求日益增長的同時，也對電力的穩定性和供電的質量提出了更高的要求。公用電網中的諧波污染是對供電質量和穩定性最大的挑戰之一。諧波會使電能生產、傳輸以及利用的效率降低，使電氣設備過熱、震動甚至產生噪聲。針對諧波污染問題，目前國內外中低壓配網諧波抑制主要采用在負載側并聯無源電力濾波器的方法，這些無源電力濾波器多為單調諧濾波支路，其諧波抑制效果受系統內阻抗影響很大。中低壓配電網系統內阻抗通常很小，無源濾波器參數設計又受到功率因數的限制，不能被設計的足夠小，因此濾波效果有限。裝置投入運行后仍然會有很大的諧波電流流入配電網系統。

技術實現要素：

為解決背景技術存在的濾波效果有限的問題，本發明提供了一種電力濾波裝置及方法，該方法可有效抑制諧波流入電網，并可按需補償電網系統無功功率。

所述一種電力濾波裝置，所述裝置包括：

基波諧振單元，所述基波諧振單元在三相電網系統側與電網串聯，基波諧振單元包含三個單相空心電感與三個單相電容器，用于使諧波流入濾波單元，從而抑制諧波流入三相電網；所述基波諧振單元的連接方式為：每個單相空心電感的一端與對應的一個單相電容器相連，所述單相空心電感的另一端與三相電網接線端對應的一端相連，所述單相電容器的另一端與負載接線端對應的一端相連；以及

濾波單元，所述濾波單元包含n條支路，其中，n為自然數，所述n條支路均與負載并聯，所述n條支路中的每個支路均包含三個濾波電感、三個雙向晶閘管以及三個濾波電容，用于為諧波電流提供通路，并且補償電網系統無功功率；所述濾波單元每個支路的連接方式為：三個單相濾波電容連接成三角形，所述三角形的三個引出端子分別與三個雙向晶閘管的一端相連，雙向晶閘管的另一端與三個單相濾波電感的一端相連，將三個單相濾波電感與負載接線端的三端相連。

進一步的，所述電力濾波裝置還包括能夠根據負載對無功功率的要求，增加或減少濾波單元并入電網的支路的數目。

進一步的，所述電力濾波裝置在三相電網中濾波單元單個支路的三個單相濾波電容能夠接成y型。

進一步的，所述電力濾波裝置能夠用于三相電路或單相電路。

所述一種電力濾波方法，是指將基波諧振單元串聯在電網系統側，將濾波單元并聯在負載側，通過設置基波諧振單元參數與濾波單元參數，使基波諧振單元對基波呈現為零阻抗并且對諧波呈現為大阻抗，濾波單元對諧波呈現低阻抗，進而使諧波流入濾波單元，從而抑制諧波流入三相電網；通過設置濾波單元各支路晶閘管開關觸發信號，調節并入三相電網支路數目，從而調節電網功率因數。

進一步的，所述一種電力濾波方法中設置基波諧振單元參數包括：使三個空心電感的電感值相等、三個電容的電容值相等，即la＝lb＝lc，ca＝cb＝cc，且滿足下式：

其中，j為虛數單位，ω為工頻基波角頻率，所述空心電感的電感值大于電網內電感的電感值。

進一步的，所述一種電力濾波方法中設置濾波單元參數包括：使單個支路的三個單相濾波電感參數相同、三個單相濾波電容參數相同以及三個晶閘管參數相同。

本發明的有益效果為：本發明的技術方案，給出了一種帶有基波諧振單元的電力濾波裝置及方法，有效進行諧波抑制同時進行無功補償，該裝置通過基波諧振單元與濾波單元的配合使用，使電網系統側對諧波呈現大阻抗，對基波呈現零阻抗，濾波支路對諧波呈現低阻抗，大大提高了電網系統的諧波抑制能力，同時，基波諧振單元對系統基波電流無影響。還可通過調節濾波單元并入電網的支路數目適應負載所需的無功功率，用以提高或降低功率因數；所述調節濾波單元并入電網的支路數目使用的投切開關為雙相晶閘管，相較于傳統的真空接觸器和空氣開關，投切速度快，沖擊小，壽命長，且晶閘管的位置是在電感之后，利用電感電流不能突變的特性，進一步限制投切過程的擊電流，減小濾波單元各條支路投切過程對電網的沖擊。

附圖說明

通過參考下面的附圖，可以更為完整地理解本發明的示例性實施方式：

圖1為本發明具體實施方式的一種帶有基波諧振單元和n個濾波支路的電力濾波裝置的結構圖；

圖2為本發明的具體實施方式的一種帶基波諧振單元的電力濾波方法的流程圖；

圖3為本發明的具體實施方式的一種帶有基波諧振單元和2個濾波支路的電力濾波裝置的結構圖；以及

圖4為本發明的具體實施方式的一種應用于單相電路的帶有基波諧振單元和n個濾波支路的電力濾波裝置的結構圖。

具體實施方式

現在參考附圖介紹本發明的示例性實施方式，然而，本發明可以用許多不同的形式來實施，并且不局限于此處描述的實施例，提供這些實施例是為了詳盡地且完全地公開本發明，并且向所屬技術領域的技術人員充分傳達本發明的范圍。對于表示在附圖中的示例性實施方式中的術語并不是對本發明的限定。在附圖中，相同的單元/元件使用相同的附圖標記。

除非另有說明，此處使用的術語(包括科技術語)對所屬技術領域的技術人員具有通常的理解含義。另外，可以理解的是，以通常使用的詞典限定的術語，應當被理解為與其相關領域的語境具有一致的含義，而不應該被理解為理想化的或過于正式的意義。

圖1為本發明具體實施方式的一種帶有基波諧振單元和n個濾波支路的電力濾波裝置的結構圖；所述實施方式提出了一種帶有基波諧振單元并可依據無功補償需求并入任意數目濾波支路的電力濾波裝置，所述裝置具有良好的諧波抑制能力，同時可以依據負載需求進行功率因數調節，所述裝置包括：

基波諧振單元101：所述基波諧振單元在三相電網系統側與電網串聯，基波諧振單元包含三個單相空心電感與三個單相電容器，用于使諧波流入濾波單元，從而抑制諧波流入三相電網；所述基波諧振單元內的連接方式為：每個單相空心電感的一端與對應的一個單相電容器相連，所述單相空心電感的另一端與三相電網接線端對應的一端相連，所述單相電容器的另一端與負載接線端對應的一端相連；

進一步的，所述基波諧振單元101中，三個空心電感的電感值相等、三個電容的電容值相等，即la＝lb＝lc，ca＝cb＝cc，且滿足下式：

其中，j為虛數單位，ω為工頻基波角頻率；

進一步的，使單相空心電感la、lb、lc可以被設計的為比電網內電感lsa、lsb、lsc大很多，因此，其對諧波的阻塞作用也比單純的電網內電感的阻塞作用大得多；

濾波單元102：所述濾波單元包含n條支路，支路p1至支路pn，其中，n為自然數，所述n條支路均與負載并聯，所述n條支路中的每個支路均包含三個濾波電感、三個雙向晶閘管以及三個濾波電容，用于為諧波電流提供通路，并且補償電網系統無功功率；所述濾波單元每個支路的連接方式為：三個單相濾波電容連接成三角形，所述三角形的三個引出端子分別與三個雙向晶閘管的一端相連，開關的另一端與三個單相濾波電感的一端相連，將三個單相濾波電感與負載接線端的三端相連；

濾波單元支路p1至支路pn可以通過選擇合適的電感和電容參數，使得支路pk(1≤k≤n,k為自然數)對某一特定次數諧波呈現較小的阻抗值，從而使得該次諧波電流更多的流向支路pk而不是電網，起到抑制諧波電流流入電網的作用。同時，pk支路還能向電網提供無功功率，提高電網功率因數。根據負載實時功率因數，控制器通過觸發晶閘管開關，增加濾波單元102中投入的支路數量，提高功率因數；或撤銷晶閘管開關觸發信號，減少濾波單元102中投入的支路數量，降低功率因數；或保持現有濾波單元102中投入的支路數量不變，從而達到動態補償電網無功功率的作用。

進一步的，所述一種電力濾波方法中設置濾波單元參數包括：使單個支路的三個單相濾波電感參數相同、三個單相濾波電容參數相同以及三個晶閘管參數相同。

圖2為本發明的具體實施方式的一種帶基波諧振單元的電力濾波方法的流程圖；所述實施方式提供了一種利用串聯的基波諧振單元以及并聯的濾波電路進行電力濾波的方法，所述實施方式僅為眾多實施方式中的一種，所述方法包括以下步驟：

步驟201，設置基波諧振單元參數，使之對基波呈現零阻抗，對諧波呈現大阻抗；設置基波諧振單元參數，使三個空心電感的電感值相等、三個電容的電容值相等，即la＝lb＝lc，ca＝cb＝cc，且滿足下式：

其中，j為虛數單位，ω為工頻基波角頻率；

進一步的，使單相空心電感la、lb、lc可以被設計的為比電網內電感lsa、lsb、lsc大很多，因此，其對諧波的阻塞作用也比單純的電網內電感的阻塞作用大得多；

步驟202，設置基波諧振單元與電網串聯；將基波諧振單元在電網系統側串聯接入電網，所述基波諧振單元是包含三個單相空心電感與三個單相電容器，用于使諧波流入濾波單元，從而抑制諧波流入三相電網。

步驟203，設置濾波單元參數，使之對諧波呈現低阻抗；通過設置支路的電感及電容參數，使支路pk對特定頻率諧波呈現低阻抗，進而形成該諧波的通路；

步驟204，設置濾波單元與負載并聯；將濾波單元在負載側并聯接入電網，所述濾波單元包含n條支路，支路p1至支路pn，其中，n為自然數，所述n條支路均與負載并聯，所述n條支路中的每個支路均包含三個濾波電感、三個雙向晶閘管以及三個濾波電容，每個支路用于為諧波電流提供通路，并且補償電網系統無功功率；

步驟205，動態調節濾波單元接入支路數目，通過無功補償調節電網功率因數；根據負載實時功率因數，控制器通過觸發晶閘管開關，增加濾波單元102中投入的支路數量，提高功率因數；或撤銷晶閘管開關觸發信號，減少濾波單元102中投入的支路數量，降低功率因數；或保持現有濾波單元102中投入的支路數量不變，從而達到動態補償電網無功功率的作用。

圖3為本發明的具體實施方式的一種帶有基波諧振單元和2個濾波支路的電力濾波裝置的結構圖；所述實施方式提出了一種帶有基波諧振單元和2個濾波支路的電力濾波裝置，所述裝置包括：

基波諧振單元301：基波諧振單元301由串聯在電網與負載之間的空心電感la、lb和lc，以及電容器ca、cb和cc構成。三相電網ua、ub和uc通過系統內電感lsa、lsb、lsc和基波諧振單元向負載供電；基波諧振單元的參數滿足la＝lb＝lc，ca＝cb＝cc，且滿足下式：

其中，j為虛數單位，ω為工頻基波角頻率；

濾波單元302：濾波單元302共有2條單調諧支路，與負載并聯。單調諧支路p1中，電感l1a、l1b、l1c與電容c1a、c1b、c1c串聯，對5次諧波構成串聯諧振，由雙向晶閘管k1a、k1b、k1c投切；單調諧支路p2中，電感l2a、l2b、l2c與電容c2a、c2b、c2c串聯，同樣對5次諧波構成串聯諧振，由雙向晶閘管k2a、k2b、k2c投切；

圖4為本發明的具體實施方式的一種應用于單相電路的帶有基波諧振單元和n個濾波支路的電力濾波裝置的結構圖。所述實施方式提出了一種應用于單相電路的帶有基波諧振單元和n個濾波支路的電力濾波裝置，所述裝置包括：

基波諧振單元401：所述基波諧振單元有一個單相空心電感和一個單相電容器串接而成，基波諧振單元與單相電網側串聯，且滿足

其中，j為虛數單位，ω為工頻基波角頻率；

進一步的，單相空心電感l可以被設計的為比電網內電感ls大很多，因此，其對諧波的阻塞作用也比單純的電網內電感的阻塞作用大得多；

濾波單元402：所述濾波單元包含n各支路，其中n為自然數，所述n條支路均與負載并聯，所述n條支路中的每個支路均包含一個濾波電感、一個雙向晶閘管以及一個濾波電容，用于為諧波電流提供通路，并且補償電網系統無功功率；根據負載實時功率因數，控制器通過觸發晶閘管開關，增加濾波單元402中投入的支路數量，提高功率因數；或撤銷晶閘管開關觸發信號，減少濾波單元402中投入的支路數量，降低功率因數；或保持現有濾波單元402中投入的支路數量不變，從而達到動態補償電網無功功率的作用。