[发明专利]一种实现谐波功率变换的有效方法以及电路

说明书

本发明公开了一种实现谐波功率变换电路，包括谐振型谐波电流变换器，所述谐振型谐波电流变换器的输入端与电网连接，且谐振型谐波电流变换器的输出端与用户负载电性连接。本发明采用LC大功率调谐的方法，从电网中出来独立提取谐波成分及其能量，并输出有效功率，其效率最高、损耗最小、原理最简单、便捷；而且本发明并在消除谐波干扰的同时，将谐波功率变废为宝，成为当前电力节能领域中的一个有实际价值的新应用。

技术领域

本发明属于电网技术领域，更具体地说，尤其涉及一种实现谐波功率变换的有效方法。同时，本发明还涉及一种实现谐波功率变换电路。

背景技术

谐波是指一些频率为基波频率整数倍的正弦波分量,又称为高次谐波。这个分量一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波。谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。由于正弦电压加压于非线性负载，当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。主要的非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。在理想情况下,供电系统应该提供具有正弦波形的电压,但在实际中供电电压的波形会由于谐波的影响而偏离正弦波形,出现非正弦波。这一非正弦波可用傅里叶级数分解为一个直流分量、基波正弦量和一系列频率为基波频率整数倍的高次谐波正弦分量之和。sinω1t项称为基波,在电网中就是工频的周期,其他各项均称为谐波,sin3ω1t就是3次谐波,sin5ω1t就是5次谐波等等，这些都称之为高次谐波。

谐波的产生主要有电网配电系统中的变压器。变压器是谐波的重要来源。变压器本身由于器件构造的因素，导致变压器本身就会产生大量的谐波分量。这个谐波分量会由整个电网传输系统中的变压器进行集聚，最后形成一个很大的谐波分量，影响很大。另外一个原因，电网配电系统中的用户设备。所有的电气设备引起性质和特性不一，必然带来不同程度的谐波分量，虽然单个用户设备的谐波分量极低，但是整个配电网络中，用户设备极多，所有的谐波分量叠加之后就是一个非常大的谐波。

由于谐波的作用,导致的影响主要是：降低供配电及用电设备的效率；增加电网损失；缩短电气设备的使用期限；通信干扰；设备不安全运行等。更严重的影响是可能引起电网发生谐振，使正常的供电中断、事故扩大、电网解裂等。

随着电网中用电器的大量增加，其本身在电网中所产生的高于50HZ的谐波干扰成分也不断增加。在对同网的其它电器和供电设施产生干扰的同时，使供电线路与设备产生大量热量形成火灾隐患，并严重影响电网的安全稳定运行。

传统解决方案仅限于消除谐波所带来的安全隐患，例如在电网与载荷间加装有源或无源滤波装置，即通过施加补偿电流(采用并联型有源滤波器)或者补偿电压(采用串联型有源滤波器)的方法建立人为的谐波短路通道或者阻塞通道，使电流谐波返回负载或使电压谐波被阻塞隔离，从而达到消除谐波、防止干扰信号窜入电网的目的。

其实质是将谐波能量消耗在有源或无源滤波器以及由局部供电线路和负载构成的回路中，以牺牲局部损耗为代价，换取整个供电系统的安全运行。

可见，所有采用滤波的传统的解决方案，都没有从根本上彻底消除因谐波能量消耗给整个供电系统与设备带来的安全隐患。

如何在消除谐波干扰的同时，将谐波功率从电网中单独提取出来变废为宝，成为当今电力节能领域中的一个有实际价值的课题。目前还没有相关的较为系统的成熟方案和探索。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种实现谐波功率变换的有效方法以及电路。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种实现谐波功率变换的有效方法，包括如下步骤：