专利名称：具有短路限流功能的串联有源滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种应用于交流电压供电系统，在系统正常的情况下，对系统进行串联有源滤波，以提高电能质量，在有短路故障发生的情况下，对短路故障电流及其上升率进行限制的装置，属于交流柔性输电技术的技术领域。具体说是一类采用变阻抗变压器为串联耦合变压器的串联有源滤波器。
背景技术：
电力系统规模的日益增大，短路电流数值也随之增加，短路故障对系统的危害也越来越大。基于电力电子技术的桥式固态短路故障限流器在检测到短路故障发生后，通过快速改变故障线路的阻抗参数，将短路电流限制在允许的水平，以保护电力设备，已经成为柔性交流输电系统的关键元件之一。限流器是一种大容量电力装置，体积、重量、成本较大，但因其功能的原因，专门的限流器只在短路故障发生的极短时间内起作用，在占绝大多数运行时间的正常情况下，限流器处于“准备”状态，设备利用率很低，在一定程度上是一种浪费。
随着电力电子技术的不断发展以及电力电子装置在电力系统中的广泛运用，电力系统中的谐波问题日益突出，为了系统及其设备安全、稳定的运行，谐波治理变得越来越重要。有源电力滤波器能够对各次谐波进行有效的补偿，且不受系统参数的影响，因而成为电力系统谐波治理的主要研究方向。串联型有源滤波器相对并联型更适合补偿电压型谐波源。随着电压型谐波负载(典型电路为直流侧含有大电容滤波的整流电路，如变频器、开关电源、UPS和电子镇流器等电力电子装置)应用的日益增多，串联型有源滤波器就显得越来越重要。在正常情况下，串联有源滤波器根据检测到的电压谐波，对电路电压进行谐波补偿，当短路故障发生时，在没有限流措施的情况下，将有一个很大的短路电流经过耦合变压器的副边，从而使耦合变压器的原边电流和电压源逆变器的输出电流急剧增加，对串联有源滤波器产生冲击，所以，串联有源滤波器需要一套可靠的保护电路。由于串联有源滤波器通过一个耦合变压器串联接入电网，向线路注入一个串联的可控电压Vc，当该电压为反相的谐波电压时，可以实现串联有源滤波，当检测到系统发生短路故障时，可以控制串联电压Vc与电源电压反相，以减小短路电流，所以，从串联有源滤波器的电路拓扑和控制原理上看，它是具有短路电流限制的潜力的。如果设计一种具有短路限流功能的串联有源滤波器，在系统正常的情况下，用来实现有源滤波，提高电压波形质量，而在短路故障发生时，能够自动、有效地限制短路电流的上升，就可以省去一套专门的短路限流装置，不但可以节省投资，还可以提高串联有源滤波器的可靠性。
正是在这样的思路和背景下，本实用新型提出了一种具有短路限流功能的串联有源滤波器。
实用新型内容串联有源滤波器的主电路结构，如图1所示，通过控制Vc，使其在短路故障发生时与电源电压反相，可以使短路电流有所减小，但由于Vc的幅值和电源电压幅值相比很小，限流作用很小，提高Vc幅值，需要将串联有源滤波器的电压源逆变器的容量和储能元件的容量提高很多，事实上是不现实、不经济的。
如果耦合变压器采用特殊的设计，使得在线路电流大于额定负载电流时，耦合变压器的磁路进入饱和区域，从而使耦合变压器的漏磁通和漏感大大增加，当耦合变压器的漏感足够大时，串联有源滤波器就具有了短路故障状态下的限流功能，这样可以大大加强串联有源滤波器的功能，提高其可靠性。假设短路点之前的线路阻抗为Z1，电源电压为Vs，串联有源滤波器的输出电压为Vc，耦合变压器的漏感为L1，则短路电流的数值为Isc=|V→s-V→c||Zl+jωLl|]]>式1其中线路阻抗Z1的数值很小，可以忽略，电源电压和补偿器输出电压的矢量差的幅值接近电源电压的幅值，所以，在电源电压给定的情况下，短路电流的大小主要由耦合变压器的磁路饱和后的漏电感决定。
本实用新型的目的在于加强现有的串联有源滤波器的功能，开发串联有源滤波器的潜在的短路限流功能，以提高整个系统的可靠性。
本发明一种具有短路限流功能的串联有源滤波器，包括耦合变压器Tr1、由可关断器件T1-T4组成的电压源逆变器、储能电容器C1、输出滤波电感L1组成；其中，储能电容C1接在电压源逆变器的直流输入侧；电压源逆变器的交流输出经过输出滤波电感L1滤波后，加在耦合变压器的原边，耦合变压器的副边串联接在交流电源和负载之间的线路上；所述耦合变压器为具有过电流磁路饱和特性的变阻抗耦合变压器，是一种在电流大于额定负载电流时，磁路进入饱和状态的变阻抗耦合变压器。
本实用新型既可以是单相的，也可以是三相的。
该具有短路限流功能的串联有源滤波器的特点是，在系统正常的情况下，变阻抗耦合变压器磁路不饱和，漏感很小，该串联有源滤波器用来对系统进行谐波电压补偿，当短路故障发生时，负载阻抗突然变为接近零，串联有源滤波器的输出电压还来不及变化，电源电压Vs和串联有源滤波器的输出电压Vc的矢量差加在线路阻抗、变阻抗耦合变压器的漏感和副边绕组上，从而引起副边电流的增加，当电流超过设定的线路额定电流之后，变阻抗耦合变压器磁路饱和，漏感和阻抗增大，起到限制短路电流的作用。
该实用新型装置在短路故障发生时，能够自动、有效地限制短路电流的上升，从而省去了一套专门的短路限流装置，可以节省投资。
图1、为本实用新型具有短路限流功能的串联有源滤波器(单相)原理图；图2、为本实用新型具有短路限流功能的串联有源滤波器(三相)原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
实施例1如图1所示，为单相具有短路限流功能的串联有源滤波器，包括具有过电流磁路饱和特性的变阻抗耦合变压器Tr1、由可关断器件T1-T4组成的电压源逆变器、储能电容器C1、输出滤波电感L1等组成。其中，储能电容C1接在由T1-T4组成的电压源逆变器的直流输入侧；电压源逆变器的交流输出经过滤波电感L1滤波后，加在具有过电流磁路饱和特性的变阻抗耦合变压器的原边，变阻抗耦合变压器的副边串联接在交流电源和负载之间的线路上。三个独立的单相具有短路限流功能的串联有源滤波器，应用于三相系统，可以组成一个三相具有短路限流功能的串联有源滤波器，优点是不但适用于对称系统，还适用于负载不对称的三相系统，缺点是主电路元器件数目多，成本较高。
实施例2为本实用新型紧凑结构的三相具有短路限流功能的串联有源滤波器，包括具有过电流磁路饱和特性的三相变阻抗耦合变压器Tr、由可关断器件T1-T6组成三相电压源逆变器、储能电容C1，三相滤波电感L1等组成，如图2中虚线框内部分所示。图中Va、Vb、Vc为三相电源电压，Lx1为线路电感，Z为三相非线性负载。储能电容C1接在三相电压源逆变器的直流侧，三相电压源逆变器的交流输出经过三相滤波电感L1后，接在星型连接的三相变阻抗耦合变压器的原边，三相变阻抗耦合变压器的三个副边分别串联在三相系统中的电源和负载之间的线路上。
权利要求1.一种具有短路限流功能的串联有源滤波器，包括耦合变压器、电压源逆变器、储能电容器、输出滤波电感组成；其中，储能电容接在电压源逆变器的直流输入侧；电压源逆变器的交流输出经过输出滤波电感滤波后，加在耦合变压器的原边，耦合变压器的副边串联接在交流电源和负载之间的线路上；其特征是所述耦合变压器为具有过电流磁路饱和特性的变阻抗耦合变压器。
2.根据权利要求1所述具有短路限流功能的串联有源滤波器，其特征是所述具有过电流磁路饱和特性的变阻抗耦合变压器、电压源逆变器、输出滤波电感均为单相。
3.根据权利要求1所述具有短路限流功能的串联有源滤波器，其特征是所述具有过电流磁路饱和特性的变阻抗耦合变压器、电压源逆变器、输出滤波电感均为三相。
专利摘要本实用新型公开了一种具有短路限流功能的串联有源滤波器，包括耦合变压器、电压源逆变器、储能电容器、输出滤波电感组成；其中，储能电容接在电压源逆变器的直流输入侧；电压源逆变器的交流输出经过输出滤波电感滤波后，加在耦合变压器的原边，耦合变压器的副边串联接在交流电源和负载之间的线路上；其特征是所述耦合变压器为具有过电流磁路饱和特性的变阻抗耦合变压器。该实用新型装置在短路故障发生时，能够自动、有效地限制短路电流的上升，从而省去了一套专门的短路限流装置，可以节省投资。
文档编号H02H9/02GK2882074SQ200620069648
公开日2007年3月21日 申请日期2006年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者费万民, 张艳莉 申请人:南京师范大学