并联型谐波电能提取装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了并联型谐波电能提取装置，每相上的谐波提取装置均包括耦合变压器T、由无功补偿电容器Ci形成的第一支路、由无功补偿电容器Cmi和谐振电感器Lmi串联形成的第二支路；耦合变压器T的一次绕组包括第一线圈、第二线圈和铁芯，第一线圈和第二线圈均绕制在铁芯上，第一线圈的绕制方向和第二线圈的绕制方向相同；第一支路和第二支路各自形成的串联回路在基波电压下等值电容容量相等，第一线圈的绕组匝数与第二线圈的绕组匝数相同。本发明专利技术将谐波电能提取出来，避免了输电线路阻尼电阻有功损耗，解决了滤除谐波电压源损耗大、不经济等问题。

Parallel harmonic electric energy extraction device

The invention discloses a parallel type harmonic energy extraction device, harmonic extraction device on each phase of both coupling transformer T, by the first branch, reactive power compensation capacitor Ci is formed by the reactive compensation capacitor Cmi resonant inductor Lmi series second branch was formed; a winding coupling transformer comprises a first coil T second, the coil and the iron core, the first and second coils are wound on the core, a first coil of the same winding direction of the winding direction and second coil series circuit; a first leg and a second leg of their formation in the lower value of the capacitance voltage is equal to the number of windings of winding turns of the first coil and the second coil the same. The invention extracts harmonic electric energy, avoids the active loss of the transmission line damping resistance, and solves the problems of large loss and uneconomical filtering of harmonic voltage source.

【技术实现步骤摘要】
并联型谐波电能提取装置
本专利技术涉及谐波处理设备，具体涉及并联型谐波电能提取装置。
技术介绍
谐波治理过程中很少将谐波提取出来进行再利用，主要依靠滤除，滤波装置主要有无源电力滤波器与有源电力滤波器。无源电力滤波器结构简单，易于设计，价格低廉，但其补偿特性易受环境影响。电力有源滤波器理论上是将谐波能量转换为基波回馈了电网，但实际上由于有源滤波器大功率开关器件的功率损耗，其基波有功损耗十分惊人，实际工作效率不超过98％，远低于传统LC无源滤波设备，而且有源滤波器价格昂贵。实际上，谐波也是一种能源，如果将其从输电线路提取出，经过整流逆变或者直接应用于特定的用电设备将节约大量能源，变废为宝。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术只能将谐波滤出，造成较大的能量损失，目的在于提供并联型谐波电能提取装置，将谐波提取出来再将谐波转换成可供用电设备使用的电能，降低能量的损失。本专利技术通过下述技术方案实现：并联型谐波电能提取装置，每相上的谐波提取装置均包括耦合变压器T、由无功补偿电容器Ci形成的第一支路、由无功补偿电容器Cmi和谐振电感器Lmi串联形成的第二支路；所述耦合变压器T的一次绕组包括第一线圈、第二线圈和铁芯，第一线圈和第二线圈均绕制在铁芯上，第一线圈的绕制方向和第二线圈的绕制方向相同；第一线圈的输入端与第二线圈的输入端分别处在铁芯的两端，第一线圈的输出端和第二线圈的输出端处于铁芯的中部，第一线圈的输入端与第二线圈的输入端分别连接第一支路和第二支路，所述第一线圈的输出端和第二线圈的输出端共同连接在零线上，所述第一支路和第二支路连接耦合变压器T端的另一端与系统电压线路连接；所述耦合变压器T的二次绕组连接变换电路；第一支路和第二支路各自形成的串联回路在基波电压下等值电容容量相等，第一线圈的绕组匝数与第二线圈的绕组匝数相同。本专利技术是一种基于无源LC滤波技术的衍生方案，交流电网的系统电压分别通过无功补偿电容器Ci、Cmi、Lmi以及耦合变压器T的一次绕组流回系统，Ci以及Cmi、Lmi组成的串联回路在基波电压下等值电容容量相同，第一线圈的输入端和第二线圈的输入端作为耦合变压器T的一次绕组同名端分别与两个电容支路相连，两个电容支路即第一支路和第二支路，两个绕组匝数相同，两条支路的不同之处在于Cmi支路中还串联有谐振电感器Lmi，Lmi与Cmi在特定次数谐波频率串联谐振，这样，流过耦合变压器T一次绕组的电流分为两组，一组是含有谐波的无功电流的第一支路，另一组是不含有谐波的无功电流的第二支路，由于两条支路中的基波无功电流相同，两个一次绕组匝数也相同，因此所产生的基波磁通相同抵消，而谐波磁通无法抵消，被感应到耦合变压器T的二次侧，通过二次侧接的变换电路整流为平滑稳定的直流电压，供负荷使用，完成了谐波电能的提取转换。进一步地，谐振电感器Lmi为非线性器件。当流过的谐波电流大于设定值后电感饱和，电抗值降低使滤频率偏离谐振频率，从而自动降低谐波电流，避免装置过载损坏，即解决谐波电压源造成滤波器过载问题。这个电路结构在巧妙提取谐波电能的同时也尽可能地避免了基波无功分量的损耗，本专利技术全部为非耗能的电感与电容元件构成，不使用电阻元件，显然其有功损耗可降低至非常小的范围。进一步地，满足第二支路的参数设置如下：其中，Zm为第二支路中Cmi和Lmi的总阻抗，ω＝2πf为基波f＝50Hz下的角频率。只有满足式(1)在N次谐波时，Lmi与Cmi才能发生频率串联谐振，致使流过变压器T一次绕组的电流分为两组，含有谐波的无功电流和不含有谐波的无功电流，谐波磁通无法抵消，被感应到变压器T的二次侧，这样就可以把所需要的谐波能量提取出来。进一步地，满足基波磁通在耦合变压器T抵消的参数条件如下：其中，RTi为耦合变压器绕组等值电阻，ωLTi为耦合变压器漏抗。只有在满足式(2)时，才能使流过变压器T一次绕组的两个基波无功相同，两个一次绕组匝数也相同，产生的基波磁通在变压器处抵消，因而不会被变压器T感应到二次侧。进一步地，每相上的谐波提取装置中的第一支路条数至少为一条，第二支路的条数至少为一条，并且，所有第一支路形成的串联回路在基波电压下等值电容容量与所有第二支路形成的串联回路在基波电压下等值电容容量相等。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术将谐波电能提取出来，避免了输电线路阻尼电阻有功损耗，解决了滤除谐波电压源损耗大、不经济等问题；2、本专利技术将提取出的谐波能量经过整流和逆变得到可供用电设备使用的电能，在提取谐波的同时还为输电线路提供了无功功率；3、本专利技术全部为非耗能的电感与电容元件构成，不使用电阻元件，显然其有功损耗可降低至非常小的范围。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术实施例1结构示意图；图2为本专利技术实施例2结构示意图；图3为本专利技术实施例3结构示意图；图4为本专利技术系统仿真模型图；图5-1为本专利技术不加谐波源的输电线路电压波形；图5-2为本专利技术加入谐波源的输电线路电压波形图；图5-3为本专利技术谐波提取后输电线路电压波形图；图5-4为本专利技术提取出的3次谐波电压波形图；图6为本专利技术谐波电能整流逆变电路图；图7为本专利技术谐波整流后的电压波形图。附图中标记及对应的零部件名称：1-变换电路，2-谐波源，3-零线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1如图1所示，并联型谐波电能提取装置，每相上的谐波提取装置均包括耦合变压器T、由无功补偿电容器Ci形成的第一支路、由无功补偿电容器Cmi和谐振电感器Lmi串联形成的第二支路；所述耦合变压器T的一次绕组包括第一线圈、第二线圈和铁芯，第一线圈和第二线圈均绕制在铁芯上，第一线圈的绕制方向和第二线圈的绕制方向相同；第一线圈的输入端与第二线圈的输入端分别处在铁芯的两端，第一线圈的输出端和第二线圈的输出端处于铁芯的中部，第一线圈的输入端与第二线圈的输入端分别连接第一支路和第二支路，所述第一线圈的输出端和第二线圈的输出端共同连接在零线3上，所述第一支路和第二支路连接耦合变压器T端的另一端与系统电压线路连接；所述耦合变压器T的二次绕组连接变换电路1；第一支路和第二支路各自形成的串联回路在基波电压下等值电容容量相等，第一线圈的绕组匝数与第二线圈的绕组匝数相同。谐振电感器Lm1为非线性器件。满足第二支路的参数设置如下：其中，Zm为第二支路中Cm1和Lm1的总阻抗，ω＝2πf为基波f＝50Hz下的角频率。满足基波磁通在耦合变压器T抵消的参数条件如下：其中，RT1为耦合变压器绕组等值电阻，ωLT1为耦合变压器漏抗。每相上的谐波提取装置中的第一支路条数为一条，第二支路的条数至少为一条，并且，所有第一支路形成的串联回路在基波电压下等值电容容量与所有第二支路形成的串联回路在基波电压下等值电容容量相等。根据式(1)、式(2)得到滤除谐波的电容器和电感器参数值。将图1中的谐波提取装置应用于输电线路如图4所示，输电线路电源电压为u1，电源阻抗为x，谐波源为u2，谐波负载为x2，负载阻抗为x3本文档来自技高网...

【技术保护点】
并联型谐波电能提取装置，其特征在于，每相上的谐波提取装置均包括耦合变压器T、由无功补偿电容器Ci形成的第一支路、由无功补偿电容器Cmi和谐振电感器Lmi串联形成的第二支路；所述耦合变压器T的一次绕组包括第一线圈、第二线圈和铁芯，第一线圈和第二线圈均绕制在铁芯上，第一线圈的绕制方向和第二线圈的绕制方向相同；第一线圈的输入端与第二线圈的输入端分别处在铁芯的两端，第一线圈的输出端和第二线圈的输出端处于铁芯的中部，第一线圈的输入端与第二线圈的输入端分别连接第一支路和第二支路，所述第一线圈的输出端和第二线圈的输出端共同连接在零线(3)上，所述第一支路和第二支路连接耦合变压器T端的另一端与系统电压线路连接；所述耦合变压器T的二次绕组连接变换电路(1)；第一支路和第二支路各自形成的串联回路在基波电压下等值电容容量相等，第一线圈的绕组匝数与第二线圈的绕组匝数相同。

【技术特征摘要】
1.并联型谐波电能提取装置，其特征在于，每相上的谐波提取装置均包括耦合变压器T、由无功补偿电容器Ci形成的第一支路、由无功补偿电容器Cmi和谐振电感器Lmi串联形成的第二支路；所述耦合变压器T的一次绕组包括第一线圈、第二线圈和铁芯，第一线圈和第二线圈均绕制在铁芯上，第一线圈的绕制方向和第二线圈的绕制方向相同；第一线圈的输入端与第二线圈的输入端分别处在铁芯的两端，第一线圈的输出端和第二线圈的输出端处于铁芯的中部，第一线圈的输入端与第二线圈的输入端分别连接第一支路和第二支路，所述第一线圈的输出端和第二线圈的输出端共同连接在零线(3)上，所述第一支路和第二支路连接耦合变压器T端的另一端与系统电压线路连接；所述耦合变压器T的二次绕组连接变换电路(1)；第一支路和第二支路各自形成的串联回路在基波电压下等值电容容量相等，第一线圈的绕组匝数与第二线圈的绕组匝数相同。2.根据权利要求1所述的并联型谐波电能提取装置，其特征在于，谐振电感器Lmi为非线性器件。3.根据权利要求1所述的并联型谐波电能提取装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炯，朱奕帆，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网上海市电力公司，上海电力学院，
类型：发明
国别省市：北京,11