专利名称：综合型电力滤波装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电网滤波领域、涉及一种由有源滤波器与无源滤波器组成的电力滤波装置。
背景技术：
随着电力电子装置的广泛应用，电网中的谐波污染状况日益严重。目前电力部门广泛采用的谐波处理方法是尽量减少谐波或滤除谐波，具体措施有通过变压器绕组的接线方式以减少谐波，采用无源滤波器(如单调谐滤波器与高通滤波器配合)以滤除某次谐波或某些次谐波。但这些滤波方法并不能得到理想的滤波效果，这是因为元件参数的偏差及电网频率的波动，会使无源滤波器出现偏谐，且无源滤波器存在着与电网阻抗发生并联谐振的可能；而常用的变压器绕组的Y/Δ联结只能阻止三次及其倍数次谐波通过。采用有源滤波器可以得到理想的滤波效果，但有源滤波器成本昂贵，单独使用是不切合实际的，采用有源滤波器与无源滤波器综合使用的观点正逐渐地被人们所接受。目前采用有源滤波器与无源滤波器综合使用的方法主要有并联与串联两种方式，这两种方式都存在着一些问题，这主要表现在并联使用的方式中有源滤波器不可能解决无源滤波器的偏谐问题，试图解决该问题将会使有源滤波器容量很大且无源滤波器失去滤波作用；串联使用方式中有源滤波器需要通过无源滤波器进行无功补偿所需的无功电流，而在变电站该无功电流很大，因此有源滤波器中与逆变桥并联使用的变压器需采用气隙，这会使变压器的漏磁增加，从而使有源滤波器的容量增加很多，且该方法只能对无源滤波器的调谐次谐波起作用。
因此，到目前为止，还没有理想的将电网中的谐波源产生的谐波完全滤除的滤波方法与装置，本实用新型可以解决该问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种利用有源滤波器与无源滤波器组成的电力滤波装置。
本实用新型采用如下的技术方案一种综合型电力滤波装置，该装置的有源滤波器与无源滤波器采用串联方式，通过在三绕组变压器的一个副边绕组中连接基波消磁电路对变压器进行基波消磁从而保证基波无功电流顺利通过，从而大大降低了有源滤波器的容量，通过在三绕组变压器的原边绕组并联低电感空气芯电抗器对变压器承担的谐波电压加以限制，从而保护有源滤波器的电力电子器件不会因承受过电压而损坏，同时也进一步减低了有源滤波器的容量，该三绕组变压器不需设置空气间隙。
本实用新型装置由无源滤波器(I)、三绕组变压器(II)、基波消磁部分(III)、有源滤波器(IV)、变压器限压电抗器(V)、浪涌吸收装置(VI)六部分组成。装置中无源滤波器(I)采用调谐滤波器与高通滤波器组成，与三绕组变压器(II)的原边绕组串联；基波消磁部分(III)采用电感与电容元件串联(或只采用电容元件)组成，与三绕组变压器(II)的一副边绕组串联；三绕组变压器(II)采用三相组式变压器或三相心式变压器，另一副边绕组接有源滤波器(IV)；变压器限压电抗器(V)采用空芯电抗器，该电抗器与三绕组变压器(II)每相的原边绕组相并联；浪涌吸收装置与有源滤波器(IV)的三相逆变器相并联；有源滤波器(IV)由检测单元(电压、电流互感器)3、PWM脉宽调制电路4、控制与驱动单元5、三相逆变器(由IGBT、IGCT或MOSFET组成)6、联接变压器副边绕组与三相逆变器的电抗器及与该电抗器一起构成用于滤除逆变器开关毛刺的小容量电容组成；与逆变桥并联的大容量电容的电压稳定是通过调节装置注入的基波电流来实现，或通过附加的三相(单相)整流电路来实现。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于1、本实用新型引入基波消磁部分，使得三绕组变压器(II)的铁芯内基波磁通接近于零，从而使有源滤波器承受极少的基波电压，该基波电压可以满足维持逆变桥并联的大容量电容的电压稳定。
2、本实用新型在三绕组变压器的原边绕组中并联低电感空气芯电抗器，可以限制有源滤波器(IV)所承受的谐波电压，保证三相逆变器的电力电子器件不受过电压损坏，该三绕组变压器不需要设置空气间隙。
3、本实用新型即使在其无源滤波器(I)中不设置高通滤波器的情况下也能够对高次谐波进行滤除，且其有源滤波器(IV)的容量也不会增加很多，从而可以避免使用高通滤波器时电阻的发热损耗。
4、本实用新型的有源滤波器(IV)所需要的容量很小，且能达到非常好的滤波效果，使整个滤波装置的各次谐波阻抗接近于零。
图1为本实用新型的综合型电力滤波装置的连接关系示意图；图2为本实用新型的综合型电力滤波装置中有源滤波器(IV)的主电路结构示意图；图3为本实用新型的综合型电力滤波装置中有源滤波器(IV)的控制部分原理框图。
具体实施方式
本实用新型的综合型电力滤波装置的每相连接关系示意图如图1所示，装置利用无源滤波器(I)从电网中提取谐波成分，将无源滤波器与三绕组变压器(II)的原边线圈相串联，通过利用基波消磁部分(III)在三绕组变压器(II)的一个副边绕组中注入基波无功电流来对变压器进行基波消磁，从而使该变压器对基波分量近似短路，与三绕组变压器(II)并联的变压器限压电抗器(V)由于其电感很小，对变压器的基波消磁的影响可以忽略不计。变压器限压电抗器(V)可以进一步地限制三绕组变压器的谐波电压，保证正常工作时有源滤波器(IV)的逆变桥承受较低的谐波电压，从而可以使用高自感的实芯三绕组变压器。浪涌吸收装置(VI)用于保证在电网出现大的波动及干扰的情况下有源滤波器(IV)的逆变桥的电力电子器件不受损坏。有源滤波器(IV)通过控制逆变桥的电力电子器件的开、闭调节注入三绕组变压器副边的谐波电流，来保证整个滤波装置的谐波阻抗接近与零，从而使整个滤波装置具有很好的滤波效果。图中的DL代表用于投切各组调谐滤波器的断路器及隔离开关，无源滤波器(I)的配置需根据电网的谐波状况来确定。
如图2所示，从三绕组变压器(II)三相的三个副边绕组的始端引出的三根线经限流电抗器后接三相逆变桥，逆变桥的电力电子开关采用MOSFET、IGBT或IGCT，各桥臂上的每个电力电子开关分别与一个快恢复二极管相并联，逆变桥中并联一个大容量的电容器，该电容器可以通过控制电路的调节由变压器的副边绕组中注入少量基波电流来维持电压稳定，也可以由外部的整流电路来供电。在三相输入端并联的小容量电容用于滤除有源滤波器(IV)产生的开关频率附近的干扰信号。逆变桥中的RC缓冲器电路图中未画出。
如图3所示，有源滤波器(IV)的控制电路主要由检测单元(电压、电流互感器)3、PWM脉宽调制电路4、控制与驱动单元5组成，检测单元3中电压、电流互感器检测的信号送入控制单元中的DSP处理器进行谐波信号检测及处理，DSP处理器输出进行脉宽调制的参考信号，该信号经PWM脉宽调制后送入驱动单元，由驱动单元输出控制三相逆变器6中电力电子开关的触发脉冲。
权利要求1.一种由有源与无源滤波器组成的综合型电力滤波装置，其特征在于该装置由无源滤波器(I)、三绕组变压器(II)、基波消磁部分(III)、有源滤波器(IV)、变压器限压电抗器(V)、浪涌吸收装置(VI)六部分组成，无源滤波器(I)与三绕组变压器(II)的原边绕组串联，变压器限压电抗器(V)与三绕组变压器(II)的原边绕组相并联，基波消磁部分(III)与三绕组变压器(II)的一副边绕组串联，有源滤波器(IV)接三绕组变压器(II)的另一副边绕组，与该副边绕组相并联，浪涌吸收装置(VI)与该三绕组变压器(II)的一个副边绕组相并联。
2.如权利要求1所述的滤波装置，其特征在于其无源滤波器(I)采用调谐滤波器与高通滤波器组成，调谐滤波器与高通滤波器相并联。
3.如权利要求1所述的滤波装置，其特征在于其基波消磁部分(III)采用电感与电容元件串联组成或只采用电容元件组成。
4.如权利要求1所述的滤波装置，其特征在于其三绕组变压器(II)采用三个单相三绕组变压器组合而成，或采用三相心式三绕组变压器，其每相一副边绕组与基波消磁部分(III)串联，另一副边绕组接有源滤波器(IV)。
5.如权利要求1所述的滤波装置，其特征在于变压器限压电抗器(V)采用空芯电抗器。
6.如权利要求1所述的滤波装置，其特征在于浪涌吸收装置采用压敏电阻、避雷器或浪涌吸收器，用于保护三相逆变器的电力电子元件。
7.如权利要求1所述的滤波装置，其特征在于其有源滤波器(IV)由检测单元(3)、PWM脉宽调制单元(4)、控制与驱动单元(5)、三相逆变器(6)、联接变压器副边绕组与三相逆变器的电抗器及与该电抗器一起构成用于滤除逆变器开关毛刺的小容量电容组成。
8.如权利要求1或7所述的滤波装置，其特征在于其有源滤波器(IV)的三相逆变器中与逆变桥并联的大容量电容是通过附加的整流电路来实现电压稳定的，该附加整流电路与电容相并联。
专利摘要本实用新型提出了一种由有源滤波器与无源滤波器组成的综合型电力滤波装置，该装置由无源滤波器(I)、三绕组变压器(II)、基波消磁部分(III)、有源滤波器(IV)、变压器限压电抗器(V)、浪涌吸收装置(VI)六部分组成。本实用新型引入基波消磁部分，可以使三绕组变压器铁芯的基波磁通接近于零，通过在三绕组变压器的原边绕组中并联低电感空气芯电抗器可以降低有源滤波器的容量。本实用新型所需的有源滤波器的容量可以很小，且能得到非常好的滤波效果。本实用新型用于电网滤波及无功补偿领域。
文档编号H02J3/01GK2812372SQ20052003053
公开日2006年8月30日 申请日期2005年4月22日 优先权日2005年4月22日
发明者赵国生, 焦留成, 师黎 申请人:赵国生