[发明专利]一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置

说明书

本发明公开了一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置，包括：互感器、逆变器和调制信号生成模块。互感器的一次侧的绕组为穿过其铁芯内部的系统电源和谐波负载之间的输电线，绕制匝数为一匝，互感器铁芯为细长圆柱状或适用于母排的细长长方体状；调制信号生成模块用于生成逆变器的调制信号，调制信号由反向放大后的一次侧基波电流和正向放大后的一次侧指定次谐波电流叠加生成；逆变器用于将直流信号转变成与调制信号同频率的交流电流信号并注入互感器二次侧绕组，以使互感器一次侧基波等效阻抗为Z₁+(1‑α)Z_m，互感器一次侧指定次谐波等效阻抗为nZ₁+(1+β)nZ_m。本发明可通过互感器实现滤波装置的即插即用，并且针对指定次谐波补偿，降低了整套装置的容量和成本。

技术领域

本发明属于有源电力滤波技术领域，更具体地，涉及一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置。

背景技术

随着电力电子非线性负荷在工业和民用现场应用越来越广泛，电网中电流波形畸变更加严重，谐波和无功问题越来越显著。针对谐波和功率因数问题，工业界已提出多种应对方案，其中主要的滤波方案包括传统无源LC滤波器、传统并联有源电力滤波器、串联混合型有源电力滤波器、注入型混合有源电力滤波器及统一电能质量调节器。

无源滤波器体积、重量较大，且只能滤除特定频率的谐波；在所有电力滤波器中，串联混合型有源电力滤波器由于能极大提高谐波阻抗，起“谐波隔离器”作用，从而引发广泛关注。但是由于此类滤波器串联于系统中，只有断开线路才能接入电网或从电网断开，且采用谐波电流全补偿，所需变压器容量较大，因此其在保护策略及稳定性等方面存在一系列问题，具体如下：

1)串联有源电力滤波器的整体系统需要定制保护策略。逆变器组件串联于电源和负载之间，无法通过电源接触器、断路器或保险丝等装置得到直接的保护；

2)装置的滤波性能与变压器容量相冲突。传统基于基波磁通补偿的串联混合型有源电力滤波器仅对基波磁通进行补偿，从而只能控制基波等效阻抗为零，当所用变压器确定后，谐波等效阻抗固定，为变压器励磁阻抗；变压器额定容量的设计取决于考虑系统保护策略下的励磁阻抗大小，考虑变压器基波磁通完全没有得到补偿的极端情况，该串联变压器的设计容量为为降低该额定容量，必须减小变压器励磁阻抗；综上，较好的滤波性能要求较大容量的变压器。

3)装置的保护策略及可靠性与变压器容量相冲突。为了便于保护并提高装置的可靠性，变压器励磁阻抗也应该设计得较小，否则一旦装置处于非正常运行状态，逆变器输出电压将会非常高。

4)装置通过串联型变压器接入电网，系统正常运行状态下，不便于直接接入电网或从电网切除。

5)谐波电流全补偿时，系统稳定性降低。通常高次谐波及某些低次谐波(根据具体应用场合确定)幅值较低，针对上述谐波采用如无源滤波器等更为经济简便的方法进行滤波时，也能取得较为满意的效果；而采用谐波电流全补偿时，不仅占用有源电力滤波器容量、增加成本，还会严重降低系统稳定性。

综上，无源滤波器体积、重量大，只能滤除特定频率的谐波；现有串联混合型有源电力滤波器因充当一个“谐波隔离器”起到实时滤波的作用而引发广泛关注。但一方面其仅对基波磁通进行补偿，从而只能降低基波等效阻抗，当所用变压器确定后，其谐波等效阻抗为定值，为取得较好滤波效果，需采用较大容量变压器；另一方面，现有串联混合型有源电力滤波器均采用电流全补偿的方式，极大降低了系统稳定性，并且由于增加了变压器及系统各开关器件容量而增加了成本；最后，现有串联混合型有源电力滤波器通过变压器串入电网，系统正常工作时，在不断开线路的条件下，无法直接将装置接入电网(或从电网切除)。

发明内容