一种新型零序谐波有源滤波器制造技术

一种新型零序谐波有源滤波器，克服了现有电力有源滤波器必须使用电力半导体器件逆变产生幅度相同、相位相反的人造谐波对抗自然谐波设计方案存在的缺点。本发明专利技术采用的方法是通过零序过滤器，把自然零序谐波从电网基波中分离出来，利用分离出来的零序谐波的能量，经幅度变换和相位变换后，再注入电网，与原来的自然零序谐波本身对消，从而达到有源滤波的目的。本发明专利技术由零序谐波过滤器和零序谐波注入变压器两大部分组成，与现有电力有源滤波技术相比具有成本很低、可靠性高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能滤除电*力系统谐波的装置，这是一种不需要额外提供能量、不需要逆 变、只利用谐波本身能量的零序谐波有源滤波器。二
技术介绍
在理想的交流电力系统中，电流和电压都是纯粹的正弦波。所谓谐波，即在交流电力系 统中，由于大量非线性电气设备的使用，其电压电流，形已不是完整的正弦波波形，而是不 同程度地发生了畸变。根据数学中的傅立叶级数分析，非正弦波的周期量可分解成基波分量 和具有基波频率整数倍的谐波分量。各次谐波的相序是不相同的，分正序、负序和零序三类， 三相平衡系统中的各次谐波相序如下表所示次数123456789101112131415相序+_0+_0+—0+—0+一0,由上表知道，3N次谐波是零序谐波。在低压电力系统中，根据运行实践，上述各次谐波以零序谐波特别是三次谐波所占成分 较大，且对电气设备的危害最为严重。产生三次谐波的设备主要有节能灯、荧光灯、计算机、变频空调、微波炉、镇流器、焊接设备、UPS电源、电力拖动设备等。如节能荧光灯，灯管本身含有电弧，其负阻特性产生谐波电流，其中主要是三次谐波电流。利用数学方法可推算出偶次谐波电流在中性线上可被相互抵消，而各相中的零序谐波特别是三次谐波因其相位相同，不仅不能抵消，反而会相互叠加后以3倍于相线的谐波电流通 过中性线，使中性线总电流大大超过其安全电流值造成过负荷，这种状态下就有可能造成导 线过热进而引发火灾。零序谐波特别是三次谐波在发热的同时也就消耗了大量有功功率，这 个有功功率的来源只能是电源基波功率提供。零序谐波特别是三次谐波的产生与危害的原理(见图l):图1是一个三相低压电网系统简图，系统电流具有基波和谐波，这里只讨论零序谐波的 问题。所示变压器是电源变压器，三相三铁芯，为了简化，只示出低压线圈和铁芯；谐波源 就是能产生谐波的用户负载。图1中，谐波源表示能产生零序谐波的非线性负荷如电动机、整流器、节能灯等等，相线中的电流Io为谐波相电流，这三个电流是零序电流，具有相同的相位；电流3Io是中性线零序谐波电流，这个电流是谐波相电流的三倍，因此，如果中性线与相线等截面，则中性线消耗的谐波功率是相线消耗的谐波功率的9倍，在谐波相电流较大时，中性线消耗功率很大，3其导线及接头极容易起火。在图1中,变压器通过低压线圈向负荷提供基波功率，负荷由于非线性而成为零序谐波 源，反方向向变压器低压线圈提供谐波功率，由于三相谐波相电流Io同相并相等，因此在铁 芯内产生的谐波磁通①a，①b、①c大小相等，方向相同。其中Oa、 Oc产生的一半谐波磁 通用于共同抵消①b谐波磁通，①a、①c的另一半谐波磁通又互相抵消，于是整个低压线圈 产生的零序谐波磁通被全部抵消为零，相当于零序谐波感抗为零，零序谐波阻抗只剩下电阻。 由于低压线圈的电阻非常小，所以谐波源相当f被外部短路，如果谐波源的内阻也小，短路 谐波电流就很大。综上所述，零序谐波的特性是1 .如果负载平衡，三相中各相的零序谐波是电流大小相等，相位相同的正弦波； '2 .零序谐波电压会被电源变压器低压线圈短路，产生短路热损耗；3. 零序谐波电压电流必须有中性线才能流通；4. 各相的零序谐波电流在中性线上叠加；5.零序谐波由非线性负荷产生，谐波能量由电源基波提供。零序谐波电流的有害停用， 一是使导线发热，特别是使中性线严重发热，消耗大量有功 功率；二是使电动机铁芯震动、铁芯及线圈发热，也消耗有功功率。零序谐波源被电源变压器低压线圈短路了，这本坏事，但也是好事，好事就是能抑制低 压侧零序谐波向高压侧反送，可以防止零序谐波对高压电网的污染。低压电网中的正序和负序谐波是三相平衡的正弦波，这些谐波会对电动机、电容器等设 备产生危害。但对三相电源变压器来说，其低压线圈对这些谐波具有很大的阻抗，因此电流 很小，不会产生明显的有功热损耗。但这些谐波会通过变压器升压传送到高压电力系统，会 对高压电力系统造成危害。现有谐波滤波技术工作原理1、 无源滤波器工作原理无源滤波器是通过L、 C串联或并联，使其在某次谐波产生谐振，当发生串联谐振时， 使滤波器两端该次谐波的电压很小，几乎接近零，达到对该次谐波治理的目的。LC无源滤波器，结构简单， 一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻 抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。 此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。2、 现有有源滤波器工作原理现有有源滤波器的基本工作原理是把电源侧的电流波型与iH弦波相比较，计算出各次谐 波电压、相位，利用可控的功率半导体逆变器产生并向电网注入与原有谐波电压幅值相等、 相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进 行补偿，和无源滤波器相比，有突出的优点 '(1) 对各次谐波均能有效地抑制；(2) 系统阻抗和频率发生波动时，不会影响补偿效果。并能对频率和幅值都变化的谐波进 行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响；(3) 不会产生谐振现象，能抑制外电路的谐振产生的谐波电流的变化； ,(4)用一台装置就可以实现对各次谐波的补偿；，，(5)不存在过载问题，当系统中谐波较大时，装置仍可运行，无需断开。由以上可看出，有源电力滤波器克服了无源滤波器的缺点，具有良好的调节性能，本来 应该有很大的发展前途，但其缺点是由于功率电子元件容量做不大、电压做不高，成本很高， 元件容易烧坏，可靠性不高，因此在现阶段不可能大量推广应用。我国的有源滤波技术还处在研究试验阶段，工业应用上只有少数样机投入运行，这与我国目前谐波污染日益严重的状况很不适应。随着我国电能质量治理工作的深入开展，利用有 源滤波进行谐波治理将会具有巨大的市场应用潜力，但现有有源滤波技术的高成本、低可靠 性成为其发展的瓶颈。有源滤波效果那么好，市场应用潜力又非常巨大，但高成本技术瓶颈又那么难克服，由 此我们设想能不能用一种比较简单的技术代替。首先我们想到有源滤波的原理其实就是人工 制造一个与自然谐波源产生的谐波一模一样的谐波发生器，只不过各次谐波相位相反而已， 由此我们设想，与其人工制造，不如直接把电网的谐波过滤提取出来，把相位变反后，再注 入电网，不就达到同样效果？要把谐波过滤提取出来，有各种办法，但电网的谐波次数高达数十次，要把这么多次谐 波全部提取出来，过滤电路将非常复杂，既不必要也不现实。本专利技术主要任务是解决低压系 统的谐波问题，在低压系统中，危害最严重的是零序谐波，其中特别是三次谐波，因此本发 明着重解决的是零序谐波的有源滤波问题。 三、
技术实现思路
和附图说明1、 本专利技术有源滤波器原理方框图(见图7)在图7中，本有源滤波器主要由"零序过滤器"和"谐波注入变压器"两部分组成。零 序过滤器从低压电网上输入基波和谐波混合的电压，输出的是不含基波的零序谐波。此零序 谐波输入到谐波注入变压器，经变压和倒相后，分两路输出到低压电网，其中一路为对消电 压，用来消除自然零序谐波的电压分量，另一路为对消电i^'，用于消除自然零序谐波的电流2、 零序谐波电流、功率的方向零序谐波电流、功率的方向见图i。前面说过，谐波电压是山负载的非线性特性产牛:的，因此谐波电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型零序谐波有源滤波器，由提取零序谐波的零序过滤器和向电网注入反相位谐波的谐波注入变压器组构成，其特征是零序过滤器与电网相接部分元件采用星形接法，零序过滤器输出的一端必须接电源中性线；谐波注入变压器是由三台单相变压器组成，单相变压器是具有谐波电压注入线圈、谐波电流注入线圈、谐波输入线圈的三线圈变压器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈甲标，
申请(专利权)人：陈甲标，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]