一种基于自耦变压器的混合滤波器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于自耦变压器的混合滤波器，包括三相自耦变压器、PWM变流器及其控制系统、基频阻波滤波器；本实用新型专利技术可以安装于城市配电网中，可以有效滤除传统低次电力谐波以及宽范围的数千赫兹的谐波，同时适用于电压源型谐波和电流源型谐波。

A Hybrid Filter Based on Autotransformer

【技术实现步骤摘要】
一种基于自耦变压器的混合滤波器
本技术涉及一种混合滤波器，尤其是一种应用于配电网中可同时抑制宽频率范围的电压源型及电流源型谐波的电力滤波器，属于电力电子

技术介绍
随着新能源发电、电动汽车及城市轨道交通等的发展，配电网中电力电子化程度加深。而电力电子开关工作于非线性状态，向电网注入不能忽视的谐波。其中包括功率逆变器注入的宽频率电流源型谐波、不控整流装置注入的电压源型谐波等等。城市配电网中越来越多的使用输电电缆，其对地电容不能忽视，电缆对地电容与系统中感性元件相互作用，形成宽频率范围的谐波谐振点，将严重放大配电网中的谐波，引起过电压、过电流、绝缘损坏等恶劣问题。为此，急需研究在宽频率范围内即可抑制电压源型谐波又可抑制电流源型谐波的电力滤波装置。目前电力滤波器可分为有源滤波器、无源滤波器和混合滤波器。有源滤波器基于PWM控制变流器，通过向电网注入补偿谐波电流或者谐波电压来实现滤波功能，可根据当前情况灵活补偿谐波。而无源滤波器，由电感元件、电容元件和电阻元件组成，一般成本较低，主要有单调谐、多调谐、C型滤波器等。混合滤波器则由无源滤波器和有源滤波器组成，兼具两者优点。文献[1]提出一种能同时治理电压源型谐波和电流源型谐波的混合滤波器，实际由一个串联型有源滤波器和一个并联谐振型无源滤波器组成。其中有源滤波器由三相双绕组变压器和PWM变流器及其控制系统组成，体积较大。本技术提出一种基于自耦变压器的混合滤波器。其中有源滤波器基于自耦变压器，变压器的高压绕组和低压绕组共用同一公共端，无源滤波器直接安装在公共端上，整个混合滤波器体积较小。该混合滤波器可同时治理电压源型谐波和电流源型谐波，并具有治理宽频率范围谐波的功能。小注[1]寇磊,罗安,楚烺.具备多类型谐波治理能力的新型串联混合型有源滤波器[C],电网技术,2013年7月,37(7):2024-2029.
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提出了一种可同时抑制宽范围频率的电压源型谐波和电流源型谐波的混合滤波器。一种基于自耦变压器的混合滤波器，包括三相自耦变压器、PWM变流器及其控制系统、基频阻波滤波器。包括三相自耦变压器、PWM变流器及其控制系统、基频阻波滤波器；所述的三相自耦变压器包括三个低压绕组Uax、Vax、Wax和三个高压绕组UAx、VAx、WAx；所述的三个低压绕组Uax、Vax、Wax的一端和三个高压绕组UAx、VAx、WAx的一端与配电网三相输电线路连接，三个高压绕组UAx、VAx、WAx的另一端与基频阻波滤波器的一端连接；所述的基频阻波滤波器由电容元件cf、电感元件lf组成的基频并联谐振电路和阻尼电阻组成，基频阻波滤波器的另一端接地；三个高压绕组UAx、VAx、WAx的另一端接电压源型或电流源型谐波源；所述的PWM变流器，包括直流侧母线电容C、构成三相6桥臂的逆导型IGBT开关v1～v6、三相滤波电容c1～c3、三相电压传感器tv1～tv3、三相电流传感器ta1～ta3和控制器；所述的PWM变流器三相交流侧va、vb、vc与三相自耦变压器的三个低压绕组Uax、Vax、Wax的另一端连接，三相交流侧va、vb、vc分别与三相滤波电容c1～c3一端连接，三相交流侧va、vb、vc与三相6桥臂的逆导型IGBT开关v1～v6连接，三相6桥臂的逆导型IGBT开关v1～v6与直流侧母线电容C并联，三相滤波电容c1～c3的另一端接地，三相电压传感器tv1～tv3和三相电流传感器ta1～ta3采集变流器三相交流侧的电压信号和电流信号并传输给AD采样及信号处理模块，AD采样及信号处理模块的输出端与DSP的信号输入端连接；DSP的信号输出端与智能功率模块的输入端连接。本技术的有益效果：本技术可以安装于城市配电网中，可以有效滤除传统低次电力谐波以及宽范围的数千赫兹的谐波，同时适用于电压源型谐波和电流源型谐波。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明；图1是为本技术结构图；图2是本技术中变流器及其控制系统结构图；图3是本技术的等效谐波阻抗图。具体实施方式如图1所示，一种新型混合滤波装置，包括三相自耦变压器、PWM变流器及其控制系统、基频阻波滤波器。三相自耦变压器，包括三相低压绕组、三相高压绕组和铁芯。其中，UA、VA、WA分别与Ua、Va、Wa之间构成三相串联绕组UAa、VAa、Waa；Ua、Va、Wa分别与Ux、Vx、Wx之间构成三相公共绕组；三相串联绕组UAa、VAa、WAa和三相公共绕组Uax、Vax、Wax构成高压绕组UAx、VAx、WAx，三相公共绕组Uax、Vax、Wax为三相低压绕组。三相低压绕组Uax、Vax、Wax串联接入配电网三相输电线路；三相高压绕组UAx、VAx、WAx的UA、VA、WA端分别与PWM变流器三相交流侧相连；自耦变压器三相公共端Ux、Vx、Wx分别与三相基频阻波滤波器一端相连。基频阻波滤波器由电容元件cf、电感元件lf组成的基频并联谐振电路，与阻尼电阻Rf串联后组成。电容元件cf、电感元件lf满足lfω1＝1/(cfω1)，ω1为基频角频率，既电容元件cf、电感元件lf并联后基频阻抗为无穷大。基频阻波滤波器一端与自耦变压器公共端Ux、Vx、Wx相连，一端接地，以滤除配电网输电线谐波电流。如图2所示，该滤波器的PWM变流器及其控制系统，其中包含主要元件直流侧母线电容C、构成三相6桥臂的逆导型IGBT开关v1～v6、三相滤波电容c1～c3、三相电压传感器tv1～tv3、三相电流传感器ta1～ta3、直流母线电压传感器tv、变流器控制及其驱动系统。变流器三相交流侧va、vb、vc与自耦变压器高压绕组UA、VA、WA端相连；三相滤波电容c1～c3一端分别于三相交流侧va、vb、vc相连，另一端均接地，用于滤除变流器交流侧输出电流谐波；三相电压传感器tv1～tv3和三相电流传感器ta1～ta3分别用于检测变流器三相交流侧电压和电流。变流器采用基波磁通补偿控制，使自耦变压器串入的基频阻抗很小而谐波阻抗很大。如图3所示为该技术等效阻抗图。该混合滤波器中的有源滤波器部分采用基波磁通补偿控制，使得输电线中的基频电流仅流过公共绕组的漏阻抗，而谐波电流流过公共绕组的漏阻抗和自耦变压器励磁阻抗，既自耦变压器串入的基频阻抗很小而谐波阻抗很大，在电压源型谐波情况下，可抑制注入电网的谐波电流。其在配电网输电线中串入阻抗Za，所对应的基频阻抗为Za(1)，所对应的n次谐波阻抗为Za(n)，具体如下式Za(1)＝r1δ+jw1l1δ(1)Za(n)＝r1δ+r1m+jnw1(l1δ+l1m)(2)其中，r1δ、l1δ、r1m、l1m分别为自耦变压器的公共绕组漏电阻、公共绕组漏电感、励磁电阻、励磁电感；w1为基频角频率；j为虚部单位。在自耦变压器公共端，并联有无源滤波器—基频阻波滤波器，该滤波器由基波并联谐振电路和阻尼电阻构成。所对应的基频阻抗Zp(1)为无穷大，使得输电线上的基频电流几乎不流入该滤波器，使得该滤波器上不产生基频功率损耗。而该滤波器谐波阻抗Zp(n)较小，形成谐波电流槽，进一步减小注入电网的谐波电流。特别在电流源型谐波情况下，可以有效滤除谐波电流，减小注入电网电流。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自耦变压器的混合滤波器，其特征在于：包括三相自耦变压器、PWM变流器及其控制系统、基频阻波滤波器；所述的三相自耦变压器包括三个低压绕组Uax、Vax、Wax和三个高压绕组UAx、VAx、WAx；所述的三个低压绕组Uax、Vax、Wax的一端和三个高压绕组UAx、VAx、WAx的一端与配电网三相输电线路连接，三个高压绕组UAx、VAx、WAx的另一端与基频阻波滤波器的一端连接；所述的基频阻波滤波器由电容元件cf、电感元件lf组成的基频并联谐振电路和阻尼电阻组成，基频阻波滤波器的另一端接地；三个高压绕组UAx、VAx、WAx的另一端接电压源型或电流源型谐波源；所述的PWM变流器，包括直流侧母线电容C、构成三相6桥臂的逆导型IGBT开关v1～v6、三相滤波电容c1～c3、三相电压传感器tv1～tv3、三相电流传感器ta1～ta3和控制器；所述的PWM变流器三相交流侧va、vb、vc与三相自耦变压器的三个低压绕组Uax、Vax、Wax的另一端连接，三相交流侧va、vb、vc分别与三相滤波电容c1～c3一端连接，三相交流侧va、vb、vc与三相6桥臂的逆导型IGBT开关v1～v6连接，三相6桥臂的逆导型IGBT开关v1～v6与直流侧母线电容C并联，三相滤波电容c1～c3的另一端接地，三相电压传感器tv1～tv3和三相电流传感器ta1～ta3采集变流器三相交流侧的电压信号和电流信号并传输给AD采样及信号处理模块，AD采样及信号处理模块的输出端与DSP的信号输入端连接；DSP的信号输出端与智能功率模块的输入端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于自耦变压器的混合滤波器，其特征在于：包括三相自耦变压器、PWM变流器及其控制系统、基频阻波滤波器；所述的三相自耦变压器包括三个低压绕组Uax、Vax、Wax和三个高压绕组UAx、VAx、WAx；所述的三个低压绕组Uax、Vax、Wax的一端和三个高压绕组UAx、VAx、WAx的一端与配电网三相输电线路连接，三个高压绕组UAx、VAx、WAx的另一端与基频阻波滤波器的一端连接；所述的基频阻波滤波器由电容元件cf、电感元件lf组成的基频并联谐振电路和阻尼电阻组成，基频阻波滤波器的另一端接地；三个高压绕组UAx、VAx、WAx的另一端接电压源型或电流源型谐波源；所述的PWM变流器，包括直流侧母线电容C、构成三相6桥臂的逆导型IGBT开关v1～v6、三相...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞容江，徐强，陈攀，黄腾，李家栓，应雪正，马炯，陈怡，黄莉萍，方鸿辉，胡健，朱飞，
申请(专利权)人：杭州市电力设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33