一种大容量并联型有源滤波器制造技术

本实用新型专利技术公开的大容量并联型有源滤波器，其变压器的一次侧绕组并联在电网两端，谐波电流检测单元检测出其一次侧的谐波电流信号。在变压器Ｎ个二次绕组中均注入相同的谐波电流，使得该电流波形与一次侧谐波电流波形相同。电流信号给定单元Ｖ控制使得补偿电流发生子单元Ⅱ′输出的补偿谐波电流与一次侧谐波电流之比等于Ｌ↓［１］／Ｍ，则一次绕组中谐波电流压降为零，它对ｎ次谐波电流呈近似为零的低阻抗，使谐波电流绝大部分在一次侧绕组中流通，不窜入电力系统。本实用新型专利技术只检测变压器的一次侧绕组的谐波电流，响应稳定；变压器铁心工作在近似零谐波磁通状态，该工作点在Ｂ－Ｈ曲线的零点附近，是线性区域，补偿效果好。本实用新型专利技术可适用于高压大容量工况。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电力谐波抑制
，具体涉及一种大容量并联型有源滤波器。
技术介绍
随着高压大容量电网的迅猛发展、大容量电力电子负荷的日益增多，对高压大容量有源滤波器的需求越来越迫切。例如电气化铁道(含地铁)的迅猛发展已经造成对电网严重的谐波污染；大量的钢铁轧制线拖动电气设备产生大量的电力谐波；铝电解行业的迅速发展也造成电力谐波污染进一步加剧。目前国内外在高压大容量系统电力谐波抑制主要采用无源滤波器，其效果不好，除了注入电力系统的谐波严重超过标准限制外，还容易诱发并联谐振。国外学者力图采用并联型有源滤波器解决谐波污染问题。目前国内外的研究成果归纳如下其一是将无源滤波器与相对容量较小的有源滤波器串联(有源滤波器经变压器耦合)，然后将此支路与负载并联。该方案的原理是在正常稳态工作时，由于电容器的压降大，在并联有源滤波器(Shunt Active Filter，简称为Shunt AF)两端压降UBX较小，整个系统可在高压工况下正常工作。但是当装置投入电网瞬间或重合闸瞬间，可能损坏Shunt AF装置的电力电子器件。但国外如何解决其此问题未见文献提及。其二是在变压器的低压侧接并联有源滤波器，检测负载电流中的谐波，控制Shunt AF输出谐波电流到变压器低压绕组，在变压器高压绕组产生成比例的谐波电流去抵消负载中的谐波电流。这种变压器工作磁密是较高的，由于硅钢片B-H曲线的非线性，高压绕组的谐波电流会发生波形畸变，实践正明这种并联有源滤波器滤波效果也是不太好的，而且如何解决其大容量的问题很少有文献提及。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述不足之处，提供一种大容量并联型有源滤波器，该滤波器结构简单、性能可靠、成本较低，并且具有更好的补偿和滤波效果，能适用于高压大容量工况。本技术提供的一种大容量并联型有源滤波器，包括谐波电流检测单元、补偿电流发生单元、变压器、电流信号给定单元，其特征在于变压器的一次侧绕组并联在电网两端，绕组的匝数均为w1，其二次侧设置有N个绕组akxk，k＝1，2，3，……N，N≤500，每个绕组的匝数均为w2，几何尺寸相同；谐波电流检测单元包括位于变压器一次侧的电流互感器和谐波电流检测环节；电流互感器用于检测变压器一次侧绕组的电流信号，谐波电流检测环节接收电流互感器输出的电流信号，并检测出其中的谐波电流信号i1n～；补偿电流发生单元由N个相同的、且与变压器中对应的二次绕组相联的补偿电流发生子单元构成；电流信号给定单元的一端与谐波电流检测环节相联，另一端与补偿电流发生单元相联。上述补偿电流发生子单元包括与电流信号给定单元相联的电流控制部分，以及与变压器二次侧相联的逆变器部分。其中，电流控制部分包括依次相联的反馈电流检测部件、运算放大器、PI调节器、比较器和三角波发生器；逆变器部分包括依次相联的逆变器、开关频率滤波器，以及用于检测变压器二次侧绕组电流信号的电流互感器。上述变压器的一次侧两端的并联有电压互感器，及与电压互感器输出端相联接的电压检测部件。本技术具有以下技术特点(1)提取谐波电流的电流互感器串联在变压器一次侧的绕组中；而现有技术的电流互感器串联在负载母线中。(2)本技术的补偿机理是将变压器一次侧的绕组中谐波电流压降补偿为零，故变压器一次侧绕组对谐波电流呈近似为零的低阻抗；在变压器一次侧绕组中流过的谐波电流为∑i1n，在变压器每个二次绕组的注入的谐波电流波为∑i2n/N，这两个谐波电流共铁心，直接进行补偿，补偿效果好；而现有技术是将较大容量变压器用作电流源，发出谐波电流，去抵消负载电流中的谐波，给定电流与反馈电流不共铁心，是间接的；补偿效果变差。(3)本技术的变压器铁心工作在近似零谐波磁通状态，该工作点是B H曲线的零点附近，是线性区域；变压器一次侧漏抗压降也被补偿，补偿效果好；而现有技术的变压器铁心工作在较高磁密状态，B-H曲线的非线性、变压器的漏抗使补偿效果变差。(4)本技术在变压器二次侧设置N个绕组，每个绕组与相同的补偿电流发生子单元相联接。采用这种方法来实现高电压大容量并联型有源滤波器，故简单、可靠、低廉。例如可以利用现有的较低电压，较小电流器件(例如1200V，200A～500A的IGBT)来实现较高电压较大容量(例如10kV，几千kVA)有源滤波器；而现有技术一般采用IGBT串并联、多电平等。这些方法都复杂，可靠性差且成本高。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为一种具体实施方式的结构示意图；图3为带静止无功发生器作用的并联型有源滤波器的结构示意图；图4为串、并联混合型有源滤波器的结构示意图；图5为带静止无功发生器作用的串、并联混合型有源滤波器的结构示意图；图6为带可控电抗器作用的大容量并联型有源滤波器的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步详细的说明。如图1所示，本技术所说的大容量并联型有源滤波器，主要由四个单元组成谐波电流检测单元I、补偿电流发生单元II、变压器III、电流信号给定单元V。变压器III，其一次侧绕组并联在电网两端，其二次侧设置有N个绕组akxk，k＝1，2，3，……N(N≤500)，每个绕组的匝数均为w2，几何尺寸相同。谐波电流检测单元I由电流互感器4和谐波电流检测环节5构成。位于变压器III一次侧的电流互感器4检测变压器一次侧绕组的电流信号；谐波电流检测环节5则从电流互感器4输出的电流信号检测出其中的谐波电流信号i1n～，例如采用瞬时无功功率理论的方法就能做到。i1n～正比于变压器一次侧绕组的谐波电流波形∑i1n。谐波电流检测单元I检测出变压器一次侧的谐波电流信号i1n～，并将i1n～输送到电流信号给定单元V中。电流信号给定单元V根据谐波电流信号i1n～和变压器二次侧绕组数N，输出谐波电流信号i1n～/N到补偿电流发生单元II中的每个子单元II’。补偿电流发生单元II由N个相同的补偿电流发生子单元II’构成。补偿电流发生单元II中的每个子单元II’根据收到的谐波电流信号i1n～/N发生谐波电流，再将其发生的谐波电流∑i2n/N注入到变压器中对应的二次绕组中(即第k个子单元II′k将其发生的谐波电流∑i2n/N注入到变压器第k个二次绕组akxk中，k＝1，2，3，……N)，并自动跟踪谐波电流信号i1n～/N。显然，输送到变压器每个二次绕组的谐波电流波形相同，均为∑i2n/N，并与变压器一次绕组的谐波电流波形∑i1n相同，电流信号给定单元V控制其输出的谐波电流信号i1n～/N，使得补偿电流发生子单元II’输出的补偿谐波电流∑i2n/N与变压器III一次侧谐波电流波形∑i1n之比等于L1/M，则变压器一次绕组中谐波电流压降为零。其理由简述如下L1·∑i1n-M1∑i2n/N-M2∑i2n/N-……-MN∑i2n/N＝0化简为L1·∑i1n-M∑i2n/N＝0式中M＝∑MKK＝1，2……N式中MK为变压器第K个二次绕组与一次绕组的互感；L1为变压器一次绕组的自感，L1M均为常数。变压器每个二次绕组输出的谐波电流∑i2n/N与其一次侧谐波电流波形∑i1n的比例关系为(∑i2n/N)/∑i1n＝L1/M＝＝常数。于是变压器一次绕组中谐波电流压降为零，变压器一次侧对n次谐波电流呈近似为零的低阻抗，使谐波电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大容量并联型有源滤波器，包括谐波电流检测单元（Ⅰ）、补偿电流发生单元（Ⅱ）、变压器（Ⅲ）、电流信号给定单元（Ⅴ），其特征在于：变压器（Ⅲ）的一次侧绕组并联在电网两端，绕组的匝数均为ｗ↓［１］，其二次侧设置有Ｎ个绕组ａ↓［ｋ］ｘ↓ ［ｋ］，ｋ＝１，２，３，……Ｎ，Ｎ≤５００，每个绕组的匝数均为ｗ↓［２］，几何尺寸相同；谐波电流检测单元（Ⅰ）包括位于变压器（Ⅲ）一次侧的电流互感器（４）和谐波电流检测环节（５）；电流互感器（４）用于检测变压器一次侧绕组的电流信号， 谐波电流检测环节（５）接收电流互感器（４）输出的电流信号，并检测出其中的谐波电流信号ｉ↓［ｌｎ］↑［～］；补偿电流发生单元（Ⅱ）由Ｎ个相同的、且与变压器（Ⅲ）中对应的二次绕组相联的补偿电流发生子单元（Ⅱ’）构成；电流信号给定 单元（Ⅴ）的一端与谐波电流检测环节（５）相联，另一端与补偿电流发生单元（Ⅱ）相联。

【技术特征摘要】
1.一种大容量并联型有源滤波器，包括谐波电流检测单元(I)、补偿电流发生单元(II)、变压器(III)、电流信号给定单元(V)，其特征在于变压器(III)的一次侧绕组并联在电网两端，绕组的匝数均为w1，其二次侧设置有N个绕组akxk，k＝1，2，3，……N，N≤500，每个绕组的匝数均为w2，几何尺寸相同；谐波电流检测单元(I)包括位于变压器(III)一次侧的电流互感器(4)和谐波电流检测环节(5)；电流互感器(4)用于检测变压器一次侧绕组的电流信号，谐波电流检测环节(5)接收电流互感器(4)输出的电流信号，并检测出其中的谐波电流信号iln～；补偿电流发生单元(II)由N个相同的、且与变压器(III)中对应的二次绕组相联的补偿电流发生子单元(II’)构成；电流信号给定单元(V)的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乔夫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]