混合电力滤波装置的制作方法

本实用新型涉及电能质量改进装置，特别涉及一种混合电力滤波装置。

背景技术：

电能质量问题早已得到广泛关注，目前普遍使用有源电力滤波器、无源电力滤波器、静止无功发生器等装置治理电能质量问题。其中，有源电力滤波器一般是指用于动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置，能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵销负载中相应电流，实现动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。无源电力滤波器又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波。静止无功发生器是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联到电网上，调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或者发出满足要求的无功功率，实现动态无功补偿的目的。

在常规的电力系统中，大型负荷的启动停止会影响系统阻抗、系统功率因数和系统谐波含量。大型负荷频繁启停时，常规无源电力滤波器会根据系统功率因数频繁投切，这增加了其短时间过载的可能性，并降低了其使用寿命。

分析及实践表明，无源电力滤波装置成本低、效率高、维护方便、结构简单，但是滤波能力有限，只能滤除相关次数的谐波，并且容易与电网发生谐振，投切不恰当也会导致系统的无功功率过补偿。有源电力滤波装器和静止无功发生器的成本较高，滤波效果好，无谐振问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种混合电力滤波装置，以使有源电力滤波器和无源电力滤波器配合起来治理电能质量问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种混合电力滤波装置，其包括：有源电力滤波器和无源电力滤波器；所述有源电力滤波器和所述无源电力滤波器先并联然后再与电网并联。

在如上所述的混合电力滤波装置中，优选地，所述无源电力滤波器的数量为两个，两个所述无源电力滤波器的频率谐振点不同且均与所述有源电力滤波器并联。

在如上所述的混合电力滤波装置中，优选地，含有所述有源电力滤波器的支路设置有断路器。

在如上所述的混合电力滤波装置中，优选地，两个所述无源电力滤波器分为第一无源电力滤波器和第二无源电力滤波器；所述混合电力滤波装置还包括：第一功率表、第二功率表和第三功率表；所述第一功率表电连接在电源侧；第二功率表电连接在所述含有第一无源电力滤波器的支路上；第三功率表电连接在所述含有第二无源电力滤波器的支路上。

在如上所述的混合电力滤波装置中，优选地，所述电源侧提供的电源为0.4kV的交流三相电压；所述负载由整流桥和电感组成。

在如上所述的混合电力滤波装置中，优选地，所述混合电力滤波装置还包括总断路器、电压采样器和电流采样器；所述总断路器设置在电源侧，所述电压采样器和所述电流采样器均设置在所述总断路器出口处，且均与所述有源电力滤波器电连接。

分析可知，本实用新型具有以下明显的优势：不但具有无源电力滤波器的方便、快捷，而且具有有源电力滤波器的稳定与精准，利于优化配置方案，降低投入成本，减少电能的浪费。

附图说明

图1为本实用新型实施例应用于一电力系统的结构示意图；

图2为图1所示电力系统利用本实施例治理前谐波电流分布图；

图3为图1所示电力系统利用本实施例治理后谐波电流分布图；

图4为图1所示电力系统利用本实施例治理前无功功率测试结果图；

图5为图1所示电力系统利用本实施例治理后无功功率测试结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种混合电力滤波装置，其包括：有源电力滤波器APF和无源电力滤波器。有源电力滤波器APF和无源电力滤波器先并联然后再与电网并联。为了清楚地说明本实用新型实施例，在图1中示出了电源和负载Load。电源通过与电网连接的电源母线提供。负载在整个电路用于产生谐波电流和无功功率，其由整流桥和电感组成。

具体的，有源电力滤波器APF的调理电路和采样电路依次对获取的总的电压信号和电流信号进行调理和采样处理，然后再经控制芯片处理，从而分配有源电力滤波器和无源电力滤波器的投入比例，控制其投入电力系统，优选选择无源电力滤波器投入，在无源电力滤波器投入后，电力系统的功率因数处于0.9左右，如0.89、0.91时，再控制有源电力滤波器APF投入，进而可以依靠有源电力滤波器APF拉升功率因数至0.95，兼治理电力系统谐波

无源电力滤波器的数量优选为两个，两个无源电力滤波器的频率谐振点不同且均与有源电力滤波器APF并联，优选两个无源电力滤波器分别为5次无源电力滤波器FC5和7次无源电力滤波器FC7。

为了查看和测试本实施例效果，混合电力滤波装置还包括三个功率表：连接在电源侧的第一功率表Po、与无源电力滤波器FC5对应的第二功率表Pw和与无源电力滤波器FC7对应的第三功率表Pe。

为了便于有源电力滤波器APF获取总的电压信号和电流信号，即混合电力滤波装置接入系统后，系统总的电压信号(即电源侧电压信号)和电流信号(即电源侧电流信号)，在电源侧设置总断路器(未图示)，电压采样器U和电流采样器I均设置在总断路器出口处，且均与有源电力滤波器电连接，以将采集到的电压信号和电流信号传输到有源电力滤波器APF。

为了便于仿真调试，在含有有源电力滤波器APF支路上设置支断路器BREAK_APF。

再如图1所示，本实施例中，有源电力滤波器APF和无源电力滤波器FC5/FC7并联，在总断路器出口处依次设有电压采集器U、第一功率表Po、并联的有源电力滤波器APF和无源电力滤波器FC5/FC7、电流采集器I、负载load。电压采样器U、电流采样器I分别用于电力系统总的采集电压、电流信号，并全部传输到有源电力滤波器APF的控制芯片(电压采样器U、电流采样器I和有源电力滤波器APF之间的线路未示出)。该控制芯片分析电力系统中的电能质量问题，智能分配有源电力滤波器APF和无源电力滤波器FC5/FC7的投入比例，控制其投入系统。

在图1中，电源母线A/B/C相给整个电力系统提供0.4kV的交流三相电压；负载load由整流桥和电感组成，产生谐波电流和无功功率。有源电力滤波器APF通过线路中的电流采样信号和电压采样信号，然后经过内部控制芯片分析、处理数据，提取出无功电流的幅值、相位和谐波电流的频率以及该频率下的电流幅值和相位。再根据其中的谐波电流和无功功率的值分配有源电力滤波器APF和无源电力滤波器的投入比例；三块功率表用来分别查看系统中总的和无源电力滤波器FC5/FC7支路中的有功功率、无功功率。为了显示本实施例的有益效果，图2和图3、图4和图5还示出了图1所示的电力系统使用本实施例治理前后的谐波电流分布、无功功率测试结果比较图。图4和图5中，P表示功率，Q表示功率因数，V表示线电压。图1中的Ica5、Icb5、Icc5分别表示5次无源电力滤波器A相、B相、C相电流，Ica7、Icb7、Icc7分别表示7次无源电力滤波器A相、B相、C相电流，Isa、Isb、Isc分别表示电源侧A、B、C相电流。Ua、Ub、Uc分别表示相电压，Uab、Ubc、Uca分别表示线电压。

可见，对图1所示电力系统而言，分配后，在无源电力滤波器FC5/FC7投入后，系统的功率因数处于0.9左右，然后利用有源电力滤波器APF拉升功率因数至0.95，兼治理系统谐波。当系统中的谐波过大，则根据最优控制理论较大程度的投入无源电力滤波器FC5/FC7，再使用有源电力滤波器APF将功率因数保持在0.95，并治理剩余谐波。

在实际应用测试中，广州某数据中心最初使用无源电力滤波器治理特征次谐波和无功功率，由于负载变化，导致无源电力滤波器投切频繁，寿命缩短，需要经常更换，且无源电力滤波器是根据系统中的功率因数投切，使得有时候滤除电流谐波的能力受到进一步限制，系统中的谐波电流会偶然性的超过国家标准。后期，该数据中心更换了本实用新型实施例所描述的混合电力滤波器，降低了无源电力滤波器的投切频率，保证了系统的功率因数，降低了系统中的谐波电流，使得整个系统能够完好的运行。

综上，本实用新型由有源电力滤波器综合分析系统中的电能质量问题，根据系统中的无功和谐波决定无源滤波器的投入比例，再利用有源电力滤波器治理剩余的电能质量问题，使得本实用新型能够在短时间内利用有源电力滤波器跟随系统无功功率变化，待系统负荷稳定后，再把治理方式切换到无源电力滤波器上。与现有技术相比，本实用新型可以优化配置方案，降低各方面的成本。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。