[发明专利]一种混合感应型电力有源滤波系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业配用电系统的谐波治理与无功功率补偿领域,特别是一种混合感应型电力有源滤波系统。

背景技术

由于电力电子器件固有的非线性特性，在其应用于工业配用电系统时，不可避免地引起谐波污染严重、功率因数低下、电压闪变与不平衡等电能质量问题。同时，由于工业配电网的短路容量一般小于输电网，故还存在电压畸变的问题。

目前，在解决电力系统及工业配用电系统电能质量问题方面，主要的滤波技术有无源滤波、有源滤波和混合有源滤波。其中，无源滤波由于装置结构比较简单、设计与制造比较容易，且初期投资成本较低，在实际系统中得到了广泛应用。但是，无源滤波器的滤波效能容易受到系统侧阻抗的影响。在电网电压存在谐波的情况下，当电力网络结构发生变化时，有可能引起滤波器阻抗与系统阻抗间的串/并联谐振，这不仅影响供电系统稳定性，而且限制了滤波性能的发挥。另外，无源滤波尽管能够抑制特定次谐波，但对低次谐波具有放大作用，且电容器参数随时间的推移容易发生变化，这会导致调谐频率发生偏移，加之设计无源滤波器时为避免与系统阻抗发生谐振，通常采用偏调谐设计，从而影响实际的滤波性能。近年来，无源滤波中又出现了一种新的滤波技术-感应滤波，该方法充分挖掘了变压器的潜能，通过对变压器的绕组进行特殊的阻抗设计，能采用全调谐无源滤波支路以更接近谐波源的方式对谐波进行治理，但该方法仍旧存在发生谐振的风险，尤其对工业配电网系统中较易出现的谐波电压，该方法对串联谐振的抑制能力较差。有源滤波与混合有源滤波技术能从根本上解决上述无源滤波存在的问题，但对大容量非线性工业负荷而言，单独使用有源滤波器通常需要备有大容量谐波补偿源和全控型功率器件，这使得传统有源滤波的应用目前主要只涉及低压小功率领域，在高/中压大容量领域（特别是电解冶金行业）鲜有应用。混合有源滤波系统充分利用了无源滤波器的滤波潜能，其有源部分只提供改善系统滤波特性的作用，故大大降低了有源部分容量，加之多电平技术的应用，使得它在中/高压大容量的非线性负荷的谐波治理中得到了越来越多的关注和实践。然而对大容量非线性工业负荷，传统的混合型有源滤波系统见图1，其通常挂载在工业配电网的（Point of Common Coupling，PCC）点，谐波电流仍会流经工业配电系统中的主要电力设备（尤其是变压器），这不仅恶化了供电系统中主设备的电磁环境，增加了主设备的附加损耗、振动与噪音，而且降低了系统稳定性与运行效率。

特别值得提出的是，对于谐波超标的电力用户而言，治理谐波成为了必须履行的一项公共义务，而对其自身而言并不产生经济效益，故这种补偿方式并不会增加电力用户治理谐波的积极性，为其市场推广增加了难度。因此，提出一种既能有效消除公共电网中谐波而不存在谐振问题，又能为电力用户带来实实在在的经济效益的谐波治理方法成为了目前一个亟待解决的重要课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种混合感应型电力有源滤波系统，消除系统阻抗对电力滤波效能的制约作用，消除电网侧与大容量非线性负载侧频率波动对电力滤波性能的影响；同时，在保证电网侧电能质量满足国标的前提下，有效解决谐波和无功对工业配用电系统自身带来的谐波污染严重、主设备附加损耗大、振动与噪音大、系统功率因数低、系统运行效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种混合感应型电力有源滤波系统，包括整流变压器、滤波支路、整流器、滤波支路，所述滤波支路包括三个无源滤波器和电压源型逆变器，所述三个无源滤波器均接入所述电压源型逆变器；所述整流变压器一次侧通过连接阻抗接入三相电网，所述整流变压器二次侧延边绕组与所述整流器连接，所述三个无源滤波器分别并联接入所述整流变压器二次侧三角形绕组与延边绕组的三个交接点处。

所述整流变压器二次侧三角形绕组等值阻抗Z_3h以及所述滤波支路的等值阻抗Z_fh均为零。

所述无源滤波器由多组具有串联谐振特性的单调谐滤波器并联组成，对于第h次单调谐滤波器，其电容C_h和电感L_h满足下列关系：