混合式宽频谐波滤波装置及混合式宽频谐波滤波系统的制作方法

本发明实施例涉及电气工程领域，具体而言，涉及一种混合式宽频谐波滤波装置及混合式宽频谐波滤波系统。

背景技术：

在过去的相当长一段时期里，基于二极管、晶闸管的不可控、半控型整流器被广泛应用于工业各个领域，该系统具有功率因数低，低频段谐波含量大的特点。随着电力电子技术的进步，基于全控性器件的交-直、交-直-交变流器技术得到广泛应用，但是会存在高次和低次的谐波。

现有的对高、低次谐波的治理方法主要采用无源滤波和有源滤波进行混合治理，但是这种方法会使滤波装置或元器件承受高压，导致滤波装置或元器件的造价成本高、可靠性低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种混合式宽频谐波滤波装置及混合式宽频谐波滤波系统，以改善现有技术中滤波装置或元器件的造价成本高、可靠性低的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种混合式宽频谐波滤波装置，包括：电抗器l1、电容c1、电阻r1、动态谐波补偿组件和阻波高通滤波组件。所述电抗器l1连接在系统侧和所述电阻r1之间，所述电容c1连接在所述系统侧和所述电阻r1之间；所述电抗器l1和所述电容c1用于承受系统侧输入的高压，所述电抗器l1、所述电容c1和所述电阻r1形成二阶阻波高通滤波器，所述二阶阻波高通滤波器对基波进行阻波，并对除基波外的其它谐波提供滤波通路。所述阻波高通滤波组件的一端与所述电阻r1远离所述电抗器l1和所述电容c1的一端连接，所述阻波高通滤波组件远离所述电阻r1的一端接地；当谐波从负载侧经所述电抗器l1、所述电容c1和所述电阻r1流入所述阻波高通滤波组件时，所述阻波高通滤波组件对所述谐波中的次数不超过预设值的谐波进行阻断，使次数超过所述预设值的谐波流入大地。所述动态谐波补偿组件的一端与所述电阻r1靠近所述电抗器l1和所述电容c1的一端连接，所述动态谐波补偿组件远离所述电阻r1的一端接地；所述动态谐波补偿组件向所述系统侧提供用于消除次数不超过所述预设值的谐波的补偿谐波。

可选地，所述阻波高通滤波组件包括至少一个阻波器。

所述预设值为九。

若所述阻波器的数量为一个，该阻波器的一端与所述电阻r1远离所述电抗器l1和所述电容c1的一端连接，该阻波器远离所述电阻r1的一端接地，该阻波器在指定频率下产生并联谐振，对次数不超过九次的谐波进行阻断。

若所述阻波器的数量为多个，各所述阻波器串联后连接于所述电阻r1远离所述电抗器l1和所述电容c1的一端和大地之间；各所述阻波器设置有对应的指定频率，各所述阻波器在对应的指定频率下产生并联谐振，对次数不超过九次的谐波进行阻断。

可选地，所述阻波高通滤波组件包括第一阻波器、第二阻波器、第三阻波器和第四阻波器。所述第一阻波器、所述第二阻波器、所述第三阻波器和所述第四阻波器串联后连接于所述电阻r1远离所述电抗器l1和所述电容c1的一端和大地之间。所述第一阻波器设置有第一谐振频率，所述第二阻波器设置有第二谐振频率，所述第三阻波器设置有第三谐振频率，所述第四阻波器设置有第四谐振频率。

所述第一阻波器在所述第一谐振频率下产生并联谐振，对三次谐波进行阻断。

所述第二阻波器在所述第二谐振频率下产生并联谐振，对五次谐波进行阻断。

所述第三阻波器在所述第三谐振频率下产生并联谐振，对七次谐波进行阻断。

所述第四阻波器在所述第四谐振频率下产生并联谐振，对九次谐波进行阻断。

可选地，所述第一谐振频率为150hz。

可选地，所述第二谐振频率为250hz。

可选地，所述第三谐振频率为350hz。

可选地，所述第四谐振频率为450hz。

可选地，所述混合式宽频谐波滤波装置还包括储能电容cc。

所述储能电容cc设置于所述动态谐波补偿组件的直流侧，所述储能电容cc向所述动态谐波补偿组件提供直流电压。

本发明实施例还提供了一种混合式宽频谐波滤波系统，包括：

牵引供电系统和上述混合式宽频谐波滤波装置。

混合式宽频谐波滤波装置连接于牵引供电系统和大地之间。

本发明实施例还提供了一种混合式宽频谐波滤波系统，包括：

电力系统和上述混合式宽频谐波滤波装置。

混合式宽频谐波滤波装置连接于电力系统和大地之间。

本发明提供的混合式宽频谐波滤波装置及混合式宽频谐波滤波系统，只有电抗器l1和电容c1承受高压，其它部件均承受低压，减少了混合式宽频谐波滤波装置的容量和造价成本，并提高了混合式宽频谐波滤波装置的可靠性。

进一步地，由于动态谐波补偿组件只对次数不超过预设值的谐波进行补偿，减小了动态谐波补偿组件的容量和体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种混合式宽频谐波滤波装置的系统框图。

图2为本发明实施例所提供的一种混合式宽频谐波滤波装置的电路连接示意图。

图3为本发明实施例所提供的一种混合式宽频谐波滤波装置应用于牵引供电系统的电路连接示意图。

图4为本发明实施例所提供的一种混合式宽频谐波滤波装置应用于电力系统的电路连接示意图。

图标：

100-二阶阻波高通滤波器；l1-电抗器；c1-电容；r1-电阻。

200-阻波高通滤波组件；l3-第三电抗器；c3-第三电容；l5-第五电抗器；c5-第五电容；l7-第七电抗器；c7-第七电容；l9-第九电抗器；c9-第九电容；

300-动态谐波补偿组件；apf-有源电力滤波器；cc-储能电容。

具体实施方式

在过去的相当长一段时期里，基于二极管、晶闸管的不可控、半控型整流器被广泛应用于工业各个领域，该系统具有功率因数低，低频段谐波含量大的特点。随着电力电子技术的进步，基于全控性器件的交-直、交-直-交变流器技术得到广泛应用，但是会存在高次和低次的谐波。

铁路主要采用电力牵引，使用的是交－直－交变流系统和交－直变流系统。普速铁路机车电力牵引使用交－直型变流的直流电机和交－直－交型变流的交流电机，单就牵引网侧的无功电流含量和低频段谐波来看，交－直－交列车比交－直列车有极大的改观，但是20次以上的谐波含量反而有所增加，而拥有交直车和交直交车的牵引供电系统，高次和低次谐波含量都占有比重。

此外，在电力系统中，比如炼钢厂、轧钢厂，某些具有变频负荷的工厂，这些工厂的负荷为冲击性负荷，会给电网带来严重谐波和不平衡问题。

在具有高次和低次的牵引供电系统和电力系统中，为了实现电能质量的综合治理，往往采用无源高通和有源电力滤波器并联的方式进行治理。

经调查发现，这种方式下有源电力滤波器和无源高通器件会承受高电压，导致造价昂贵、可靠性低。

以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本发明过程中对本发明做出的贡献。

基于上述研究，本发明实施例提供了一种混合式宽频谐波滤波装置及混合式宽频谐波滤波系统，以改善现有技术中滤波装置或元器件的造价成本高、可靠性低的问题。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出了本发明实施例所提供的一种混合式宽频谐波滤波装置的系统框图。由图可见，该混合式宽频谐波滤波装置包括二阶阻波高通滤波器100、阻波高通滤波组件200和动态谐波补偿组件300。二阶阻波高通滤波器100连接于系统侧和阻波高通滤波组件200之间，阻波高通滤波组件200远离二阶阻波高通滤波器的一端接地，动态谐波补偿组件300连接于二阶阻波高通滤波器100和大地之间。

其中：

二阶阻波高通滤波器对基波进行阻波，同时对除基波外的其它次谐波提供滤波通路；

阻波高通滤波组件对所述负荷中的次数不超过预设值的谐波进行阻断，使次数超过预设值的谐波流入大地；

动态谐波补偿组件向所述系统侧提供用于消除次数不超过预设值的谐波的补偿谐波。

图2示出了本发明实施例所提供的一种混合式宽频谐波滤波装置的电路连接示意图。由图可见，二阶阻波高通滤波器包括电抗器l1、电容c1和电阻r1。其中，电抗器l1连接在系统侧和电阻r1之间，电容c1连接在系统侧和电阻r1之间。电抗器l1和电容c1用于承受系统侧输入的高压，电抗器l1、电容c1和电阻r1形成二阶阻波高通滤波器，所述二阶阻波高通滤波器对基波进行阻波，同时对除基波外的其它次谐波提供滤波通路。

可以理解，电抗器l1和电容c1通过以下方式承受系统侧输入的高压：

电抗器l1和电容c1形成基波阻波电路，用于阻断系统侧的基波的流入，由于基波阻波电路的参数按高压给定，当基波阻波电路阻断基波时，基波阻波电路承受系统侧的高压，如此设置能使基波阻波电路之后的电路元器件承受低压，进而减少了相应元器件的设备造价、提高了整个混合式宽频谐波滤波装置的可靠性。

可选地，将电抗器l1和电容c1的并联谐振频率设置成50hz，由于基波的频率为50hz，因此当基波流入电抗器l1和电容c1组成的并联电路时，由于电抗器l1和电容c1产生并联谐振，相当于断路，此时基波流不过去，进而达到阻断基波的目的。

阻波高通滤波组件的一端与电阻r1远离所述电抗器l1和电容c1的一端连接，阻波高通滤波组件远离电阻r1的一端接地。

可以理解，当谐波从负载侧经电抗器l1、电容c1和电阻r1流入阻波高通滤波组件时，阻波高通滤波组件对负荷中的次数不超过预设值的谐波进行阻断，使次数超过预设值的谐波流入大地。

可选地，以混合式宽频谐波滤波装置与系统侧的接入点为基准点，接入点一侧为系统侧，接入点另一侧为负载侧。可以理解，系统侧向负载侧输送电能，由于负载侧存在谐波，负载侧会向系统侧反向输送谐波，混合式宽频谐波滤波装置设置于系统侧和负载侧之间，能将负载侧输送给系统侧的谐波进行过滤，进而避免负载侧对系统侧产生电能质量污染和影响。

请继续参照图2，由图可见，阻波高通滤波组件包括至少一个阻波器，在本实施例中，阻波器的数量可以为四个。

例如，阻波高通滤波组件包括第一阻波器、第二阻波器、第三阻波器和第四阻波器。

其中：

第一阻波器包括并联的第三电抗器l3和第三电容c3；

第二阻波器包括并联的第五电抗器l5和第五电容c5；

第三阻波器包括并联的第七电抗器l7和第七电容c7；

第四阻波器包括并联的第九电抗器l9和第九电容c9。

各阻波器对应的电抗器和电容并联之后串联形成阻波高通滤波组件，阻波高通滤波组件的一端与电阻r1远离电抗器l1和电容c1的一端连接，阻波高通滤波组件远离电阻r1的一端接地。如此设置，能使负载侧的谐波中的11次以上的谐波经二阶阻波高通滤波器、阻波高通滤波组件流入大地，进而达到消除11次以上的谐波的目的。

请继续参照图2，各阻波器设置有相对应的并联谐振频率，用于阻断相对应的谐波。

例如，第一阻波器中的第三电抗器l3和第三电容c3设置有第一谐振频率，在本实施例中，第一谐振频率为150hz，第三电抗器l3和第三电容c3在150hz下产生并联谐振，相当于断路，3次谐波的频率恰好是150hz，因此3次谐波会被第三电抗器l3和第三电容c3阻断。

又例如，第二阻波器中的第五电抗器l5和第五电容c5设置有第二谐振频率，在本实施例中，第二谐振频率为250hz，第五电抗器l5和第五电容c5在150hz下产生并联谐振，相当于断路，5次谐波的频率恰好是250hz，因此5次谐波会被第五电抗器l5和第三电容c5阻断。

又例如，第三阻波器中的第七电抗器l7和第七电容c7设置有第三谐振频率，在本实施例中，第三谐振频率为350hz，第七电抗器l7和第七电容c7在350hz下产生并联谐振，相当于断路，7次谐波的频率恰好是350hz，因此7次谐波会被第七电抗器l7和第七电容c7阻断。

又例如，第四阻波器中的第九电抗器l9和第九电容c9设置有第四谐振频率，在本实施例中，第四谐振频率为450hz，第九电抗器l9和第九电容c9在450hz下产生并联谐振，相当于断路，9次谐波的频率恰好是450hz，因此9次谐波会被第九电抗器l9和第九电容c9阻断。

根据以上原理，谐波中的3次谐波、5次谐波、7次谐波和9次谐波会被阻断，而11次以上的谐波会流入大地，从而实现对11次以上的谐波的过滤作用。

进一步地，请继续参照图2，动态谐波补偿组件的一端与电阻r1靠近电抗器l1和电容c1的一端连接，动态谐波补偿组件远离电阻r1的一端接地。其中，动态谐波补偿组件向系统侧提供用于消除次数不超过预设值的谐波的补偿谐波。由于电抗器l1和电容c1承受了高压，因此动态谐波补偿组件不会承受高压，减小了动态谐波补偿组件的造价成本。

进一步地，由于动态谐波组件只对系统里面的低次谐波进行补偿，进而减小了动态谐波补偿组件的容量和体积，进一步减小了动态谐波补偿组件的造价成本。

可以理解，在本实施例中，预设值为9次。也就是说，9次及9次以下的谐波不会通过阻波高通滤波组件，这些谐波会通过负载侧流向系统侧，通过动态谐波补偿组件向系统侧提供用于消除次数不超过预设值的谐波的补偿谐波，能够将9次及9次以下的谐波消除，从而达到滤波的目的。

可选地，混合式宽频谐波滤波装置还包括储能电容cc，储能电容cc动态谐波补偿组件设置于动态谐波补偿组件的直流侧，用于向动态谐波补偿组件提供直流电压。

可以理解，动态谐波补偿组件可以为有源电力滤波器apf。

应当理解，在不同的实际环境下，谐波里面各次谐波的含量可能不同，阻波高通滤波组件的组合也可以不同，例如，针对3次谐波较高的负荷，可以只采用第一阻波器。本实施例给出的多个阻波器并不是对本方案的限制。

可以理解，上述器件构成了多级无源滤波器串联与动态有源滤波器结合的混合式宽频谐波滤波装置，适用性强。

基于此，本发明实施例还提供了混合式宽频谐波滤波装置分别应用于牵引供电系统和电力系统的电路连接示意图。

图3示出了本发明实施例所提供的一种混合式宽频谐波滤波装置应用于牵引供电系统的电路连接示意图。

由图可见，混合式宽频谐波滤波装置设置于接触线t和大地之间。当电能从牵引变压器输出，输送到机车时，由于交直交变换会导致大量的谐波，混合式宽频谐波滤波装置与机车负荷并联，能对电能中存在谐波进行滤波，从而使电力系统侧和牵引变电所得到“清洁”的电能。

例如，机车负荷(负载侧)会向牵引变压器侧(系统侧)输送谐波，混合式宽频谐波滤波装置对谐波的过滤方式如下：

负载侧流向系统侧的11次以上的谐波通过二阶阻波高通滤波器和阻波高通组件流入大地，动态谐波补偿组件向系统侧提供用于消除9次及9次以下的谐波的补偿谐波，进而实现对9次及9次以下的谐波的过滤。

图4示出了本发明实施例所提供的一种混合式宽频谐波滤波装置应用于电力系统的电路连接示意图。

由图可见，三个混合式宽频谐波滤波装置连接成“y”型且共用一个动态谐波补偿组件。如此设置，能对电力系统中a、b、c三相电中的谐波进行过滤。

由于，混合式宽频谐波滤波装置对谐波的过滤方式与混合式宽频谐波滤波装置应用于牵引供电系统的过滤方式类似，因此在此不作更多说明。

综上，本发明实施例所提供的混合式宽频谐波滤波装置和混合式宽频谐波滤波系统，电抗器l1和电容c1并联形成基波阻断电路，用于阻断基波并承受高电压，避免了阻波高通滤波组件和动态谐波补偿组件承受高压，减小了阻波高通滤波组件和动态谐波补偿组件的造价成本，增加了阻波高通滤波组件和动态谐波补偿组件的可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。