一種并聯(lián)混合型有源濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及有源電力濾波技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種并聯(lián)混合型有源濾波 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲， 并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或 串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤 動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干 擾。隨著大量非線性負(fù)荷的使用，造成供電系統(tǒng)中諧波污染越來(lái)越嚴(yán)重，諧波損耗也日益增 加，對(duì)我國(guó)節(jié)能降損的影響也日益嚴(yán)重。
[0003] 目前已有許多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)對(duì)諧波抑制進(jìn)行了研究，常用的諧波抑制手段是在 電網(wǎng)中裝設(shè)無(wú)源濾波器(PPF)、有源濾波器(APF)或者無(wú)源濾波器和有源濾波器綜合的混合 型有源濾波器(HAPF)。但在中高壓系統(tǒng)中，單獨(dú)的無(wú)源濾波器只能對(duì)特定次諧波進(jìn)行濾波， 而單獨(dú)的有源濾波器存在補(bǔ)償容量較小和價(jià)格高的問(wèn)題。因此混合型有源濾波器成為目前 實(shí)際應(yīng)用的熱點(diǎn)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，混合型有源濾波器適用于中高壓電網(wǎng)，并可進(jìn)行大容量的無(wú)功補(bǔ)償， 但混合型有源濾波器在運(yùn)行過(guò)程中，其逆變器損耗較大，整套裝置成本較高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型實(shí)施例中提供了一種并聯(lián)混合型有源濾波器，W解決現(xiàn)有技術(shù)中的混 合型有源濾波器在運(yùn)行過(guò)程中，逆變器損耗大，整套裝置成本高的問(wèn)題。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型實(shí)施例公開(kāi)了如下技術(shù)方案：
[0007] 本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種并聯(lián)混合型有源濾波器，包括并聯(lián)到=相電網(wǎng)和非 線性負(fù)載之間的有源裝置和無(wú)源裝置，其中，
[000引所述無(wú)源裝置包括無(wú)源濾波器組和補(bǔ)償電容器，所述無(wú)源濾波器組和補(bǔ)償電容器 分別并聯(lián)到=相電網(wǎng)和非線性負(fù)載之間；
[0009] 所述有源裝置包括兩個(gè)直流側(cè)電容和逆變器，所述直流側(cè)電容的容值相等，兩個(gè) 所述直流側(cè)電容串聯(lián)后與所述逆變器并聯(lián)連接，所述逆變器包括相互并聯(lián)的兩組橋臂，所 述橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)的IGBT;兩個(gè)直流側(cè)電容串接的中點(diǎn)和所述橋臂的中點(diǎn)并聯(lián)到所述= 相電網(wǎng)和非線性負(fù)載之間。
[0010] 優(yōu)選地，所述有源裝置還包括串聯(lián)連接的禪合變壓器和一組無(wú)源濾波器，所述禪 合變壓器和所述無(wú)源濾波器均與所述有源裝置串聯(lián)連接。
[0011] 優(yōu)選地，所述有源裝置還包括用于補(bǔ)償較大容量的無(wú)功功率的注入電容。
[0012] 優(yōu)選地，所述有源裝置的輸出端串聯(lián)有用于濾除開(kāi)關(guān)器件通斷造成的高頻毛刺的 S相電感。
[0013] 由W上技術(shù)方案可見(jiàn)，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的并聯(lián)混合型有源濾波器，包括并 聯(lián)到=相電網(wǎng)和非線性負(fù)載之間的有源裝置和無(wú)源裝置，其中，所述無(wú)源裝置包括無(wú)源濾 波器組和補(bǔ)償電容器，所述無(wú)源濾波器組和補(bǔ)償電容器分別并聯(lián)到=相電網(wǎng)和非線性負(fù)載 之間;所述有源裝置包括兩個(gè)直流側(cè)電容和逆變器，所述直流側(cè)電容的容值相等，兩個(gè)所述 直流側(cè)電容串聯(lián)后與所述逆變器并聯(lián)連接，所述逆變器包括相互并聯(lián)的兩組橋臂，所述橋 臂包括兩個(gè)串聯(lián)的IGBT;兩個(gè)直流側(cè)電容串接中點(diǎn)和所述橋臂的中點(diǎn)并聯(lián)到所述S相電網(wǎng) 和=相負(fù)載之間。本實(shí)用新型提出一種新型的并聯(lián)混合型有源濾波器的結(jié)構(gòu)，可W進(jìn)一步 降低整套裝置的成本，主要原理是:有源逆變器采用=相四開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，減少了開(kāi)關(guān)器件的數(shù) 量，同時(shí)降低了逆變器的損耗;此外還采用了一種單相電流的諧波檢測(cè)方法，減少了相應(yīng)檢 測(cè)器件和控制執(zhí)行器件的使用，檢測(cè)計(jì)算時(shí)間顯著減少。仿真實(shí)驗(yàn)及工程應(yīng)用都驗(yàn)證了該 結(jié)構(gòu)的有效性。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0015] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種并聯(lián)混合型有源濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種=相四開(kāi)關(guān)的逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種單相電氣模型示意圖；
[0018] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種并聯(lián)混合型有源濾波系統(tǒng)的等效電路圖；
[0019] 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種并聯(lián)混合型有源濾波器質(zhì)量檢測(cè)方法流程示 意圖；
[0020] 圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種計(jì)算電網(wǎng)參考電流的流程示意圖；
[0021] 圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種并聯(lián)混合型有源濾波器的精確等級(jí)確定流程 示意圖；
[0022] 圖8(a)為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種補(bǔ)償前的電網(wǎng)電流波形圖；
[0023] 圖8(b)為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種補(bǔ)償后的電網(wǎng)電流波形圖；
[0024] 圖1-圖8(b)，符號(hào)表示：
[0025] I-S相電網(wǎng)，2-非線性負(fù)載，3-無(wú)源裝置，4-注入電容，5-禪合變壓器，6-S相電 感，7-逆變器，71-直流側(cè)電容，72-IGBT，8-輸出濾波器的阻抗，9-禪合變壓器閥側(cè)的等效電 壓源。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本實(shí) 用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然， 所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型 中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0027] 第一方面
[0028] 參見(jiàn)圖I，為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種并聯(lián)混合型有源濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示 意圖，包括并聯(lián)到=相電網(wǎng)1和非線性負(fù)載2之間的有源裝置和無(wú)源裝置3,所述無(wú)源裝置3 包括無(wú)源濾波器組和補(bǔ)償電容器，所述無(wú)源濾波器組和補(bǔ)償電容器分別并聯(lián)到=相電網(wǎng)1 和非線性負(fù)載2之間；所述有源裝置包括兩個(gè)直流側(cè)電容71和逆變器7,所述直流側(cè)電容71 的容值相等，兩個(gè)所述直流側(cè)電容71串聯(lián)后與所述逆變器7并聯(lián)連接，所述逆變器7為=相 四開(kāi)關(guān)電壓型逆變器，是基于自關(guān)斷器件的脈寬調(diào)制逆變器。
[0029] 所述有源裝置還包括串聯(lián)連接的禪合變壓器5和一組無(wú)源濾波器，所述禪合變壓 器5和所述無(wú)源濾波器均與所述有源裝置串聯(lián)連接。
[0030] 所述有源裝置還包括用于補(bǔ)償較大容量的無(wú)功功率的注入電容4。
[0031] 所述有源裝置的輸出端串聯(lián)有用于濾除開(kāi)關(guān)器件通斷造成的高頻毛刺的=相電 感6。
[0032] 有源裝置由直流側(cè)電容71和=相四開(kāi)關(guān)電壓型逆變器(VSC)構(gòu)成，VSC為基于自關(guān) 斷器件的脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation,PWM)逆變器，有源裝置通過(guò)禪合變壓器5與 一組無(wú)源濾波器串聯(lián)連接并聯(lián)到電網(wǎng)。
[0033] 無(wú)源裝置3承受絕大部分的基波電壓，有源裝置注入需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流。整個(gè)系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能較好治理大功率電網(wǎng)中的諧波，同時(shí)能夠補(bǔ)償大容量的無(wú)功功率。其最大的 優(yōu)點(diǎn)是有源裝置承受的基波電壓低，所需逆變器7的容量小。并聯(lián)混合型有源濾波器由補(bǔ)償 電容器進(jìn)行無(wú)功功率的靜態(tài)補(bǔ)償，并聯(lián)的無(wú)源濾波器可W補(bǔ)償較大容量的無(wú)功功率和濾除 特定次數(shù)的諧波電流，由有源裝置和無(wú)源裝置3共同抑制諧波?；o(wú)功電流基本上不會(huì)流 入禪合變壓器5和逆變器7,使得運(yùn)種濾波裝置兼具較大容量的無(wú)功補(bǔ)償能力、大容量的諧 波抑制能力和較小的逆變器容量，更適于大型工礦企業(yè)的諧波治理要求。
[0034] 如圖2所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種=相四開(kāi)關(guān)的逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖。 所述逆變器7包括相互并聯(lián)的兩組橋臂，所述橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)的IGBT72;兩個(gè)直流側(cè)電容 71串接的中點(diǎn)和所述橋臂的中點(diǎn)并聯(lián)到所述=相電網(wǎng)1和非線性負(fù)載2之間。
[0035] 與常規(guī)的=相六逆變器橋相比，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的逆變器7減少了兩個(gè)開(kāi) 關(guān)器件，將直流側(cè)的電容是換成容值為原來(lái)兩倍的電容。從直流側(cè)兩個(gè)電容的中點(diǎn)引出逆 變器7其中的一相，改由具有4個(gè)IGBT72(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙 極型晶體管)開(kāi)關(guān)管的IPM(IntelIigent Power Module,智能功率模塊)模塊和兩個(gè)容值相 等的電容來(lái)構(gòu)造 S相逆變電路，相當(dāng)于將S相S橋臂(6個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)管）中的一相換成電容 橋臂。
[0036] IGBT72是由BJT(Bipolar Junction Transistor雙極型S極管）和M0S(Metal-Oxid-Semiconductor絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件， IGBT72具有驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低的優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及W上的變 流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。
[0037] 由基爾霍夫電壓定理可得=相四開(kāi)關(guān)逆變器的交流側(cè)電壓為：
[00：3 引
（U
[0039] 對(duì)平衡的S相系統(tǒng)，有
[0040] UaN+UbN+UcN = 0 (2)
[0041] 將式(2)代入式(1)可得：
[0042]
(3)[0043] 因此，混合型并聯(lián)有源濾波器的電壓方程為：
[0044] (4)
[0045] <5)
[0046] 圖2中，N為稱合變壓器閥側(cè)中性點(diǎn)，Za、Zb、Zc為輸出濾波器的阻抗，n為直流側(cè)電容 的中點(diǎn)。與圖2相對(duì)應(yīng)，則式（1)-式(5)中，Uan是指a點(diǎn)與n點(diǎn)之間的電壓，叫n是指b點(diǎn)與n點(diǎn)之 間的電壓，U。。是指C點(diǎn)與n點(diǎn)之間的電壓，UaN是指a點(diǎn)與N點(diǎn)之間的電壓，UbN是指b點(diǎn)與N點(diǎn)之 間的電壓，UeN是指C點(diǎn)與N點(diǎn)之