一種電力感應調控濾波系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及諧波治理領域，更具體地說，是涉及一種電力感應調控濾波系統及其 控制和方法。
【背景技術】
[0002] 工業配電網中非線性負載的大量使用，不可避免地引起諧波污染嚴重、功率因數 低下以及電壓閃變與不平衡等電能質量等問題。目前，在改善工業配用電系統電能質量方 面的濾波技術主要有無源濾波、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，在電力系統中得到了廣泛應用。但是， 無源濾波器的濾波性能很容易受到系統阻抗的影響。在電網含有諧波電壓的情況下，當電 力網絡結構發生變化時，無源濾波器的阻抗與系統阻抗可能會發生串/并聯諧振，因此不 僅影響供電系統穩定性，而且影響系統的濾波效果。另外，無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，這對于用地較為緊張的場合來說是一大難題。
[0003] 為了解決無源濾波技術存在的不足，有源濾波與混合型有源濾波技術在電能質量 治理領域得到了廣泛的應用。有源濾波技術具有諧波跟隨特性好、小容量情況下濾波效果 好等優點，但是大容量化難度較大。混合有源濾波系統采用無源濾波與有源濾波技術相結 合，無源部分補償大功率非線性負載產生的大部分諧波，而有源部分補償剩余的諧波并提 高了諧波抑制的動態性能，因此混合有源濾波技術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。目前常用的無源濾波、有源 濾波以及混合有源濾波設備中，諧波電流都會流經變壓器等供電設備，這不僅使變壓器工 作在惡劣的電磁環境中，增加了變壓器的附加損耗、振動與噪音，減少變壓器的使用壽命， 而且影響供電系統穩定性與運行效率。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服現有技術中的上述缺陷，提供一種電力感應調控濾波系統 及其控制方法，能夠解決系統阻抗對無源濾波效果的影響，在保證電網側電能質量滿足國 標的前提下，有效解決諧波和無功對變壓器帶來的諸如諧波污染嚴重、附加損耗大、振動與 噪音大、系統功率因數低、系統運行效率低等一系列問題，同時解決目前工業配電網中使用 的濾波設備占地面積較大的缺點。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：
[0006] 一種電力感應調控濾波系統，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連接的電壓源型逆變器及無源調諧支路；
[0008] 所述新型整流變壓器的高壓側繞組采用星形接線，直接與電網相連接，低壓側采 用延邊三角形接線；其中，低壓側延邊繞組依次連接整流器和非線性負載，低壓側三角形繞 組與延邊繞組的交點與濾波支路中的無源調諧支路相連接；
[0009] 所述無源調諧支路由三個5次單調諧電路組成，新型整流變壓器中的低壓側三角 形繞組與低壓側延邊繞組的每一個交點連接一個5次單調諧電路；
[0010] 每個5次單調諧電路包括依次串聯的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部。
[0011] 進一步地，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 繞組，所述兩個繞組的同名端相反，在鐵芯上相互隔開一段距離設置且關于鐵芯的中點對 稱分布；兩個繞組與高壓側繞組之間的感應電動勢大小相同、方向相反，且兩個繞組與低壓 側延邊繞組之間的感應電動勢大小相同、方向相反。
[0012] 進一步地，所述低壓側三角形繞組的等值漏抗近似于零。
[0013] 進一步地，所述低壓側三角形繞組的等值漏抗為零，所述低壓側三角形繞組的等 值阻抗為零。
[0014] 進一步地，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調控濾波系統的控制方法，包括：
[0017]S1、電網側a相電壓經過鎖相環產生一個同步角，為控制電路提供參考信號；
[0018] S2、電網側三相電壓及三相電流經過DQ變換后分別得到DQ坐標下的電壓和電流， 在經過p、q運算電路后得到瞬時有功功率和瞬時無功功率，再經過高通濾波器后，得到瞬 時有功功率及瞬時無功功率的直流分量；
[0019] S3、實測直流電壓值與參考值之差經PI調節器注入瞬時無功功率的直流分量；
[0020] S4、將得到的瞬時有功功率及瞬時無功功率的直流分量經過諧波電流檢測電路得 到諧波電流在DQ坐標系的分量，經過反DQ變換轉化為ABC坐標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，并將輸出信號經過PWM信號模塊，得到 電壓源型逆變器的控制信號，輸入到電壓源型逆變器中。
[0022] 與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
[0023] 本發明中新型整流變壓器內部集成了 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象而影響濾波效果；新型整流變壓器外部配相應的電容 器組成無源調諧支路，節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，從而可以大大節約投資成本。
[0024] 充分利用了無源濾波、有源濾波和感應濾波各自的技術優勢，5次單調諧電路在基 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大大減少，從而減少投資成本；無 源調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處，其位置最為 接近諧波源，可從諧波流通路徑上對諧波加以抑制，因此可有效地減少諧波對變壓器帶來 的諸如振動與噪音、損耗大等不利影響。
[0025] 電壓源型逆變器與無源調諧支路串聯，起輔助濾波作用；它能解決無源調諧支路 對諧波跟隨性不足問題，提高無源調諧支路的濾波效果。
[0026] 本發明可有效抑制新型整流變壓器高壓側所產生的諧波電流，由于變壓器集成了 濾波電抗器，變壓器與系統阻抗連接，從濾波支路來看，相當于增大了工業配電網的等效系 統阻抗，因此可有效地提高無源調諧支路的抗諧振能力。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明所述的一種電力感應調控濾波系統的結構框圖；
[0028] 圖2是本發明中新型整流變壓器的繞組排布結構的局部剖面示意圖；
[0029] 圖3是本發明中新型整流變壓器的繞組互感關系示意圖；
[0030]圖4是本發明所述的一種電力感應調控濾波系統的控制方法的流程示意圖。
[0031] 附圖標記：
[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] 無源調諧支路4 5次單調諧電路5 電壓源型逆變器6
[0034] 電網7 整流器9 高壓繞組10
[0035] 低壓側三角形繞組11 低壓側延邊繞組12 鐵芯14