一种结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器及方法

本发明涉及电能管理，尤其是一种结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器及方法。

背景技术：

1、日常的大型商场和写字楼中，三相四线系统是最主要的供电方式，在三相四线系统中存在着大量的电视机、计算机、变频空调、不间断电源(ups)等现代化设备，使得电网中零序谐波电流增多，造成了严重的谐波污染。在中性线上，零序谐波电流会呈叠加的状态流通，就会导致中性线电流过大，很容易造成中性线过载造成加速老化、短路等危险事故。同时谐波电流成分严重也会造成电能的浪费，造成电能质量的下降。

2、目前市场上的减少谐波的方式主要分为无源滤波和有源滤波，但是无源滤波的局限性比较强，智能滤除特定频率的谐波，如果需要滤除多个频率的谐波就需要多个无源滤波器进行搭配使用，这样就使得节电器的结构会很复杂而且价格会很昂贵；有源滤波可以很好地弥补无源滤波的缺陷，理论上有源滤波器可以补偿各种谐波，但是实际上会受到开关期间频率的限制，并不能实现全部谐波的滤除，而且有源滤波器的成本相比于无源滤波器会高很多，算法实现上也很复杂。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明所要解决的技术问题是现有有源滤波器受开关期间频率的限制，并不能实现全部谐波的滤除的问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器，包括，主电路，所述主电路包括三相电压侧、阻零器、电抗绕组、采样模块和非线性负载，所述三相电压侧和非线性负载之间通过三相线连接，阻零器、电抗绕组、采样模块设置于三相线上；

5、调节电路，所述调节电路包括控制器、开关和调节绕组，所述采样模块与所述控制器连接，所述开关设置于所述控制器和调节绕组之间；所述调节绕组和电抗绕组连接。

6、作为本发明所述结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器的一种优选方案，其中：所述阻零器包括铁芯、第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，所述第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组按同序缠绕在铁芯上。

7、作为本发明所述结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器的一种优选方案，其中：

8、所述开关为igbt反并联二极管，开关与所述调节绕组串接；所述调节绕组之间并联有滤波电容。

9、作为本发明所述结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器的一种优选方案，其中：所述控制器接受采样模块采样的三相电流值，通过mcu内部的a/d转换将模拟量转变成数字量，再通过相应算法控制输出三路pwm信号通入三个开关。

10、作为本发明所述结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器的一种优选方案，其中：各相所述电抗绕组可以通过下述公式计算：

11、

12、式中，k为电抗绕组与调节绕组的匝数比，z2为调节绕组的阻抗值，d为pwm信号的占空比。

13、作为本发明所述结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器的一种优选方案，其中：当占空比为0时，调节绕组相当于短路，此时电抗绕组的等效电阻可以通过下式计算

14、z＝za+zm

15、其中za为电抗绕组漏阻抗，zm为励磁阻抗。所以电抗绕组的变化范围为k2z2-za+zm。

16、作为本发明所述结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器的一种优选方案，其中：所述非线性负载与三相电压侧的中性线上设置有第一阻抗和第二阻抗；

17、所述第一阻抗和第二阻抗之间与零序滤波器连接，所述零序滤波器另一端串接在阻零器和电抗绕组之间。

18、作为本发明所述结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器的一种优选方案，其中：所述调节绕组采用星型连接。

19、本发明还公开一种基于结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器的电能质量治理方法，包括：设置参考电流不平衡度pvurref；

20、采样三相电流并进行a/d转换；

21、计算所述采样三相电流的不平衡度pvur，并与参考电流不平衡度pvurref比较。

22、作为本发明所述结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理方法的一种优选方案，其中：比较采样三相电流的不平衡度pvur与参考电流不平衡度pvurref包括：

23、若三相电流的不平衡度pvur<参考电流不平衡度pvurref，则给最大电流支路脉冲指令d＝d-0.01，给最小电流支路脉冲指令d＝d+0.01；

24、若三相电流的不平衡度pvur>＝参考电流不平衡度pvurref，则结束。

25、本发明的有益效果：本发明利用零序滤波器实现减小中性线上的零序谐波电流，同时利用阻零器解决了三相电压不平衡产生的零序谐波问题，同时利用可调电抗解决了三相负载不平衡的问题，达到了一种装置三个功效。并且该装置具有结构简单，成本低，可靠性高等优点。

技术特征：

1.一种结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器，其特征在于：包括，

2.根据权利要求1所述的结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器，其特征在于：所述阻零器(102)包括铁芯(102a)、第一相绕组(102b)、第二相绕组(102c)和第三相绕组(102d)，所述第一相绕组(102b)、第二相绕组(102c)和第三相绕组(102d)按同序缠绕在铁芯(102a)上。

3.根据权利要求1或2所述的结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器，其特征在于：所述控制器(201)接受采样模块(104)采样的三相电流值，通过mcu内部的a/d转换将模拟量转变成数字量，再通过相应算法控制输出三路pwm信号通入三个开关(202)。

5.根据权利要求4所述的结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器，其特征在于：各相所述电抗绕组可以通过下述公式计算：

6.根据权利要求5所述的结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器，其特征在于：当占空比为0时，调节绕组相当于短路，此时电抗绕组的等效电阻可以通过下式计算

7.根据权利要求6所述的结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器，其特征在于：所述非线性负载(105)与三相电压侧(101)的中性线上设置有第一阻抗(107)和第二阻抗(108)；

8.根据权利要求7所述的结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器，其特征在于：所述调节绕组(203)采用星型连接。

9.一种基于结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器的电能质量治理方法，其特征在于：包括，

10.根据权利要求8或9所述的结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种结合可调电抗与零序滤波器的电能质量治理器及方法，其中主电路包括三相电压侧、阻零器、电抗绕组、采样模块和非线性负载，所述三相电压侧和非线性负载之间通过三相线连接，阻零器、电抗绕组、采样模块设置于三相线上；调节电路，所述调节电路包括控制器、开关和调节绕组，所述采样模块与所述控制器连接，所述开关设置于所述控制器和调节绕组之间；所述调节绕组和电抗绕组连接；本发明利用零序滤波器实现减小中性线上的零序谐波电流，同时利用阻零器解决了三相电压不平衡产生的零序谐波问题，同时利用可调电抗解决了三相负载不平衡的问题，达到了一种装置三个功效。并且该装置具有结构简单，成本低，可靠性高等优点。

技术研发人员：张广明,周小熊,史志寒
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15