專利名稱：具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種應用于交流電壓供電系統(tǒng)，在系統(tǒng)正常的情況下，對系統(tǒng)進行串聯(lián)有源濾波，以提高電能質(zhì)量，在有短路故障發(fā)生的情況下，對短路故障電流及其上升率進行限制的裝置，屬于交流柔性輸電技術的技術領域。具體說是一類采用變阻抗變壓器為串聯(lián)耦合變壓器的串聯(lián)有源濾波器。
背景技術：
電力系統(tǒng)規(guī)模的日益增大，短路電流數(shù)值也隨之增加，短路故障對系統(tǒng)的危害也越來越大。基于電力電子技術的橋式固態(tài)短路故障限流器在檢測到短路故障發(fā)生后，通過快速改變故障線路的阻抗參數(shù)，將短路電流限制在允許的水平，以保護電力設備，已經(jīng)成為柔性交流輸電系統(tǒng)的關鍵元件之一。限流器是一種大容量電力裝置，體積、重量、成本較大，但因其功能的原因，專門的限流器只在短路故障發(fā)生的極短時間內(nèi)起作用，在占絕大多數(shù)運行時間的正常情況下，限流器處于“準備”狀態(tài)，設備利用率很低，在一定程度上是一種浪費。
隨著電力電子技術的不斷發(fā)展以及電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的廣泛運用，電力系統(tǒng)中的諧波問題日益突出，為了系統(tǒng)及其設備安全、穩(wěn)定的運行，諧波治理變得越來越重要。有源電力濾波器能夠?qū)Ω鞔沃C波進行有效的補償，且不受系統(tǒng)參數(shù)的影響，因而成為電力系統(tǒng)諧波治理的主要研究方向。串聯(lián)型有源濾波器相對并聯(lián)型更適合補償電壓型諧波源。隨著電壓型諧波負載(典型電路為直流側(cè)含有大電容濾波的整流電路，如變頻器、開關電源、UPS和電子鎮(zhèn)流器等電力電子裝置)應用的日益增多，串聯(lián)型有源濾波器就顯得越來越重要。在正常情況下，串聯(lián)有源濾波器根據(jù)檢測到的電壓諧波，對電路電壓進行諧波補償，當短路故障發(fā)生時，在沒有限流措施的情況下，將有一個很大的短路電流經(jīng)過耦合變壓器的副邊，從而使耦合變壓器的原邊電流和電壓源逆變器的輸出電流急劇增加，對串聯(lián)有源濾波器產(chǎn)生沖擊，所以，串聯(lián)有源濾波器需要一套可靠的保護電路。由于串聯(lián)有源濾波器通過一個耦合變壓器串聯(lián)接入電網(wǎng)，向線路注入一個串聯(lián)的可控電壓Vc，當該電壓為反相的諧波電壓時，可以實現(xiàn)串聯(lián)有源濾波，當檢測到系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，可以控制串聯(lián)電壓Vc與電源電壓反相，以減小短路電流，所以，從串聯(lián)有源濾波器的電路拓撲和控制原理上看，它是具有短路電流限制的潛力的。如果設計一種具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器，在系統(tǒng)正常的情況下，用來實現(xiàn)有源濾波，提高電壓波形質(zhì)量，而在短路故障發(fā)生時，能夠自動、有效地限制短路電流的上升，就可以省去一套專門的短路限流裝置，不但可以節(jié)省投資，還可以提高串聯(lián)有源濾波器的可靠性。
正是在這樣的思路和背景下，本實用新型提出了一種具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器。
實用新型內(nèi)容串聯(lián)有源濾波器的主電路結(jié)構，如圖1所示，通過控制Vc，使其在短路故障發(fā)生時與電源電壓反相，可以使短路電流有所減小，但由于Vc的幅值和電源電壓幅值相比很小，限流作用很小，提高Vc幅值，需要將串聯(lián)有源濾波器的電壓源逆變器的容量和儲能元件的容量提高很多，事實上是不現(xiàn)實、不經(jīng)濟的。
如果耦合變壓器采用特殊的設計，使得在線路電流大于額定負載電流時，耦合變壓器的磁路進入飽和區(qū)域，從而使耦合變壓器的漏磁通和漏感大大增加，當耦合變壓器的漏感足夠大時，串聯(lián)有源濾波器就具有了短路故障狀態(tài)下的限流功能，這樣可以大大加強串聯(lián)有源濾波器的功能，提高其可靠性。假設短路點之前的線路阻抗為Z1，電源電壓為Vs，串聯(lián)有源濾波器的輸出電壓為Vc，耦合變壓器的漏感為L1，則短路電流的數(shù)值為Isc=|V→s-V→c||Zl+jωLl|]]>式1其中線路阻抗Z1的數(shù)值很小，可以忽略，電源電壓和補償器輸出電壓的矢量差的幅值接近電源電壓的幅值，所以，在電源電壓給定的情況下，短路電流的大小主要由耦合變壓器的磁路飽和后的漏電感決定。
本實用新型的目的在于加強現(xiàn)有的串聯(lián)有源濾波器的功能，開發(fā)串聯(lián)有源濾波器的潛在的短路限流功能，以提高整個系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明一種具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器，包括耦合變壓器Tr1、由可關斷器件T1-T4組成的電壓源逆變器、儲能電容器C1、輸出濾波電感L1組成；其中，儲能電容C1接在電壓源逆變器的直流輸入側(cè)；電壓源逆變器的交流輸出經(jīng)過輸出濾波電感L1濾波后，加在耦合變壓器的原邊，耦合變壓器的副邊串聯(lián)接在交流電源和負載之間的線路上；所述耦合變壓器為具有過電流磁路飽和特性的變阻抗耦合變壓器，是一種在電流大于額定負載電流時，磁路進入飽和狀態(tài)的變阻抗耦合變壓器。
本實用新型既可以是單相的，也可以是三相的。
該具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器的特點是，在系統(tǒng)正常的情況下，變阻抗耦合變壓器磁路不飽和，漏感很小，該串聯(lián)有源濾波器用來對系統(tǒng)進行諧波電壓補償，當短路故障發(fā)生時，負載阻抗突然變?yōu)榻咏悖?lián)有源濾波器的輸出電壓還來不及變化，電源電壓Vs和串聯(lián)有源濾波器的輸出電壓Vc的矢量差加在線路阻抗、變阻抗耦合變壓器的漏感和副邊繞組上，從而引起副邊電流的增加，當電流超過設定的線路額定電流之后，變阻抗耦合變壓器磁路飽和，漏感和阻抗增大，起到限制短路電流的作用。
該實用新型裝置在短路故障發(fā)生時，能夠自動、有效地限制短路電流的上升，從而省去了一套專門的短路限流裝置，可以節(jié)省投資。


圖1、為本實用新型具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器(單相)原理圖；圖2、為本實用新型具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器(三相)原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
實施例1如圖1所示，為單相具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器，包括具有過電流磁路飽和特性的變阻抗耦合變壓器Tr1、由可關斷器件T1-T4組成的電壓源逆變器、儲能電容器C1、輸出濾波電感L1等組成。其中，儲能電容C1接在由T1-T4組成的電壓源逆變器的直流輸入側(cè)；電壓源逆變器的交流輸出經(jīng)過濾波電感L1濾波后，加在具有過電流磁路飽和特性的變阻抗耦合變壓器的原邊，變阻抗耦合變壓器的副邊串聯(lián)接在交流電源和負載之間的線路上。三個獨立的單相具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器，應用于三相系統(tǒng)，可以組成一個三相具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器，優(yōu)點是不但適用于對稱系統(tǒng)，還適用于負載不對稱的三相系統(tǒng)，缺點是主電路元器件數(shù)目多，成本較高。
實施例2為本實用新型緊湊結(jié)構的三相具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器，包括具有過電流磁路飽和特性的三相變阻抗耦合變壓器Tr、由可關斷器件T1-T6組成三相電壓源逆變器、儲能電容C1，三相濾波電感L1等組成，如圖2中虛線框內(nèi)部分所示。圖中Va、Vb、Vc為三相電源電壓，Lx1為線路電感，Z為三相非線性負載。儲能電容C1接在三相電壓源逆變器的直流側(cè)，三相電壓源逆變器的交流輸出經(jīng)過三相濾波電感L1后，接在星型連接的三相變阻抗耦合變壓器的原邊，三相變阻抗耦合變壓器的三個副邊分別串聯(lián)在三相系統(tǒng)中的電源和負載之間的線路上。
權利要求1.一種具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器，包括耦合變壓器、電壓源逆變器、儲能電容器、輸出濾波電感組成；其中，儲能電容接在電壓源逆變器的直流輸入側(cè)；電壓源逆變器的交流輸出經(jīng)過輸出濾波電感濾波后，加在耦合變壓器的原邊，耦合變壓器的副邊串聯(lián)接在交流電源和負載之間的線路上；其特征是所述耦合變壓器為具有過電流磁路飽和特性的變阻抗耦合變壓器。
2.根據(jù)權利要求1所述具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器，其特征是所述具有過電流磁路飽和特性的變阻抗耦合變壓器、電壓源逆變器、輸出濾波電感均為單相。
3.根據(jù)權利要求1所述具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器，其特征是所述具有過電流磁路飽和特性的變阻抗耦合變壓器、電壓源逆變器、輸出濾波電感均為三相。
專利摘要本實用新型公開了一種具有短路限流功能的串聯(lián)有源濾波器，包括耦合變壓器、電壓源逆變器、儲能電容器、輸出濾波電感組成；其中，儲能電容接在電壓源逆變器的直流輸入側(cè)；電壓源逆變器的交流輸出經(jīng)過輸出濾波電感濾波后，加在耦合變壓器的原邊，耦合變壓器的副邊串聯(lián)接在交流電源和負載之間的線路上；其特征是所述耦合變壓器為具有過電流磁路飽和特性的變阻抗耦合變壓器。該實用新型裝置在短路故障發(fā)生時，能夠自動、有效地限制短路電流的上升，從而省去了一套專門的短路限流裝置，可以節(jié)省投資。
文檔編號H02H9/02GK2882074SQ200620069648
公開日2007年3月21日 申請日期2006年2月27日 優(yōu)先權日2006年2月27日
發(fā)明者費萬民, 張艷莉 申請人:南京師范大學