專利名稱：一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量改善領(lǐng)域，具體涉及通過母聯(lián)斷路器連接的 兩條400V母線向非線性負(fù)載供電時(shí)的諧波治理電路。
技術(shù)背景 在電力系統(tǒng)中，諧波電流是完全按照網(wǎng)絡(luò)的諧波阻抗分配的。當(dāng)諧波電流中包含 多次諧波時(shí)，并聯(lián)的濾波器支路通常會(huì)比較多。由于制造技術(shù)等原因，各濾波支路的諧振點(diǎn) 和諧振阻抗會(huì)有差異，因此，有的濾波支路的電流過大，而有的濾波支路吸收的諧波電流偏 小。 當(dāng)兩條均向非線性負(fù)載供電的母線通過母聯(lián)斷路器連接且要求母聯(lián)合閘運(yùn)行時(shí)，
系統(tǒng)電源受到嚴(yán)重的諧波污染，電能質(zhì)量不能滿足用戶要求，聯(lián)絡(luò)線上有大量諧波電流，且
存在諧波放大、饋線上非線性負(fù)載就地補(bǔ)償?shù)臒o源濾波器過載的風(fēng)險(xiǎn)。為了濾除這些諧波，
現(xiàn)有系統(tǒng)采用的方案是在非線性負(fù)載側(cè)并聯(lián)自動(dòng)投切的濾波器；但是實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，這種濾波
方案的諧波電流吸收率比較低，諧波電流超標(biāo)，電能質(zhì)量不能得到有效改善。 采用無源濾波器的分散補(bǔ)償方式連接圖如圖1所示，雖然能降低系統(tǒng)電源中的諧
波，但由于同一條母線上有多條濾波支路，會(huì)存在諧波電流大范圍流動(dòng)和濾波支路的過載
問題。如果過載時(shí)間較長，會(huì)導(dǎo)致濾波器逐步損壞；在多個(gè)濾波支路投退時(shí)，諧波電流會(huì)重
新按阻抗進(jìn)行分配，在400V的母線、聯(lián)絡(luò)線上及各條饋線之間會(huì)出現(xiàn)大范圍的諧波穿行現(xiàn)
象，加大系統(tǒng)諧波損耗，并會(huì)誘發(fā)保護(hù)、通訊等自動(dòng)化設(shè)備的誤動(dòng)、拒動(dòng)或故障。 采用無源濾波器集中補(bǔ)償方式的連接圖如圖2所示，與分散補(bǔ)償方式相比，該方
式可以避免在濾波支路投退過程中各條饋線之間的諧波穿行現(xiàn)象的發(fā)生，但對(duì)母線及聯(lián)絡(luò)
線上諧波流動(dòng)的抑制作用仍然很弱。集中補(bǔ)償方式下的無源濾波器仍然包含多條濾波支
路，因此也不能有效解決濾波支路過載的問題。另外，采用集中補(bǔ)償方式可能會(huì)產(chǎn)生過補(bǔ)
償，給系統(tǒng)注入過量的無功，造成電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過高、電壓波動(dòng)率過大，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)
造成不良影響
實(shí)用新型內(nèi)容
為了上解決上述諧波電流超標(biāo)、諧波穿行、諧波放大等問題，達(dá)到抑制電網(wǎng)諧波、 改善電網(wǎng)供電質(zhì)量，補(bǔ)償電流并抵消諧波電流的效果，本實(shí)用新型提供了一種用于母線連 接時(shí)的濾波器連接電路，該電路主要包括無源濾波器、非線性負(fù)載、電源母線、有源電力濾 波器，所述電源母線向非線性負(fù)載供電，所述無源濾波器并聯(lián)在電源母線的負(fù)載側(cè)，其特征 在于所述電源母線為兩條且通過母聯(lián)斷路器連接，每條電源母線上都安裝有有源電力濾 波器。 本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案為所述一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路 中的有源電力濾波器采用單相有源電力濾波器。
本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案為所述一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路中的有源電力濾波器為三單相結(jié)構(gòu)有源電力濾波器。 本實(shí)用新型的一個(gè)較優(yōu)選的技術(shù)方案為所述一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接 電路中的有源電力濾波器與無源濾波器并聯(lián)。
本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案為所述一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路
中的電源母線為三相三線系統(tǒng)時(shí)，所述有源電力濾波器可采用三相三線制結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案是所述一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路
中的電源母線為三相四線系統(tǒng)時(shí)，所述有源電力濾波器可采用三相四線制結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案是所述一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路
中的有源電力濾波器可采用電容器中點(diǎn)型三相四線制有源電力濾波器. 本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案是所述一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路 中的有源電力濾波器可采用四極型三相四線制有源電力濾波器。
本實(shí)用新型有益效果 1、大幅度提高了諧波電流吸收率，電網(wǎng)電流中諧波含量不超標(biāo)，保證了供電質(zhì)量。 2、大幅度降低了變壓器負(fù)載電流中的諧波成分，降低了變壓器渦流損耗、鐵芯損 耗及變壓器發(fā)熱。 3、聯(lián)絡(luò)線電流中幾乎不含諧波成分，降低了線路損耗。 4、有源電力濾波器(APF)運(yùn)行方式各自獨(dú)立，增加了運(yùn)行的靈活性和可用性。 5 、降低了諧波放大和諧振的風(fēng)險(xiǎn)；降低了濾波支路過流風(fēng)險(xiǎn)。 6、設(shè)備所占安裝體積得到充分利用。 7、僅測(cè)量400V進(jìn)線和聯(lián)絡(luò)線上的電流，從二者差值中提取諧波電流作為有源電 力濾波器參考電流，既減少了安裝傳感器的數(shù)量，也減少了信號(hào)的數(shù)量，降低了由于信號(hào)時(shí) 間差所造成的參考信號(hào)的不準(zhǔn)確程度，改善了諧波補(bǔ)償效果。 8、將交直流側(cè)瞬時(shí)功率平衡原理應(yīng)用于單相有源電力濾波器的設(shè)計(jì)中，并以此為 依據(jù)求得有源電力濾波器有功電流的幅值。 9、利用鎖相環(huán)求得有功電流的相位量。使得當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時(shí)，有源電力濾
波器仍能保持較好的諧波補(bǔ)償效果，保證了優(yōu)良的有源電力濾波器動(dòng)態(tài)性能。 10、有源電力濾波器與無源濾波器并聯(lián)結(jié)構(gòu)不僅滿足了系統(tǒng)諧波補(bǔ)償?shù)囊螅?br> 滿足了無功功率的補(bǔ)償要求，同時(shí)減小了有源電力濾波器容量，降低了對(duì)開關(guān)器件的要求，
降低了設(shè)備造價(jià)，提高了經(jīng)濟(jì)性。

圖1無源濾波器的分散補(bǔ)償方式連接圖； 圖2無源濾波器的集中補(bǔ)償方式連接圖； 圖3本實(shí)用新型有源電力濾波器濾波方案示意圖； 圖4本實(shí)用新型采用三相三線有源濾波器全橋拓?fù)渲麟娐方Y(jié)構(gòu)； 圖5本實(shí)用新型采用三相三線有源濾波器四開關(guān)拓?fù)渲麟娐方Y(jié)構(gòu)； 圖6本實(shí)用新型采用電容器中點(diǎn)型三相四線制有源濾波器主電路結(jié)構(gòu)； 圖7本實(shí)用新型采用四極型三相四線制有源濾波器主電路結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 由于有源電力濾波器(APF)具有抑制諧波、改善電能質(zhì)量的優(yōu)良特性，本實(shí)用新 型據(jù)此提供了一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路，該電路主要包括有源電力濾波器 5、非線性負(fù)載2、電源母線l，電源母線1為兩條且通過母聯(lián)斷路器4連接分別向非線性負(fù) 載供電，在每條電源母線上都并聯(lián)有有源電力濾波器5來補(bǔ)償相應(yīng)母線l上產(chǎn)生的諧波電 流，從而大幅度降低電網(wǎng)電流的諧波含量。 本實(shí)用新型提出在兩條母線上并聯(lián)有源電力濾波器(APF)來濾除非線性負(fù)載諧 波電流的方法，如圖3所示。APFI用來補(bǔ)償諧波源I產(chǎn)生的諧波電流，APFII補(bǔ)償諧波源II 產(chǎn)生的諧波電流。非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流絕大部分被有源電力濾波器吸收，流過聯(lián)絡(luò) 線的諧波電流近似為零。當(dāng)諧波電流發(fā)生跳變時(shí)，有源電力濾波器能快速響應(yīng)補(bǔ)償新的諧 波電流，從而不會(huì)產(chǎn)生諧波電流的大范圍流動(dòng)現(xiàn)象，從根本上消除系統(tǒng)的安全隱患。 實(shí)施例2 在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還提出了在400V母線上投入無源濾波器3，即有 源電力濾波器5與無源濾波器3并聯(lián)結(jié)構(gòu)。無源濾波器既可以濾除一部分低次諧波，也可 以為系統(tǒng)注入無功功率，有利于減小有源電力濾波器容量，降低對(duì)開關(guān)器件的要求，降低設(shè) 備造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)性。 實(shí)施例3 在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，對(duì)于沒有中線的三相負(fù)載，本實(shí)用新型采用三相三線制結(jié) 構(gòu)的有源濾波器補(bǔ)償非線性負(fù)荷的諧波電流。三相三線制有源電力濾波器的拓?fù)浞譃槿珮?拓?fù)浜退拈_關(guān)拓?fù)?，如圖4和圖5所示。 實(shí)施例4 在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型采用三相四線制有源電力濾波器。對(duì)于三相四 線制負(fù)荷，即存在中線的負(fù)荷，因其三相電流之和可能不為零，即存在零序電流。零序電流 中既可能有零序基波分量，也可能含有零序諧波分量，此時(shí)采用三相三線制主電路的有源 電力濾波器無法消除線路中的零序基波電流和諧波電流。而采用三相四線制有源電力濾波 器不僅可以消除三相線電流中的正序諧波分量和負(fù)序諧波分量，還可以消除三相線電流中 的零序諧波分量。 三相四線制有源電力濾波器的主電路有三相變流器(又稱為電容中點(diǎn)型三相四 線制有源濾波器，即三橋臂拓?fù)?和四相變流器(又稱為四極型三相四線制有源濾波器，即 四橋臂拓?fù)?兩種不同的方式。采用三橋臂拓?fù)鋾r(shí)如圖6所示，三相電源的零線與直流側(cè) 母線中點(diǎn)相連給零線電流提供通道；補(bǔ)償電流中正序、負(fù)序分量不會(huì)流入零線，而在流經(jīng)直 流側(cè)時(shí)，會(huì)同時(shí)影響兩個(gè)電容上的電壓，因此需要平衡兩電容電壓；補(bǔ)償后，中線電流大大 減小。采用四橋臂拓?fù)鋾r(shí)如圖7所示，四橋臂有源電力濾波器專門用一對(duì)橋臂進(jìn)行零線電
流補(bǔ)償，直流側(cè)只需要一個(gè)電容，省去了三橋臂拓?fù)渲须娙菥鶋簡(jiǎn)栴}。 實(shí)施例5 在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型采用三單相結(jié)構(gòu)并聯(lián)電壓型有源電力濾波器來 補(bǔ)償三相的諧波電流。有源電力濾波器的控制主要由諧波信號(hào)的檢測(cè)和補(bǔ)償分量的產(chǎn)生兩 大部分組成。[0044] 諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)是將互感器測(cè)得的諧波電流經(jīng)過預(yù)處理、采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換和微處 理器等環(huán)節(jié)的處理后向有源電力濾波器提供需要補(bǔ)償諧波的參考值。在求取參考電流時(shí)， 通常將各個(gè)非線性負(fù)載的諧波電流相加來得到，這就需要在各條饋線及負(fù)載處加裝傳感 器，而且由于電流信號(hào)之間存在的時(shí)間差，疊加后影響參考信號(hào)的準(zhǔn)確度，影響有源電力濾 波器的濾波效果。而本實(shí)用新型電路僅測(cè)量400V進(jìn)線和聯(lián)絡(luò)線上的電流，從二者差值中提 取諧波電流作為有源電力濾波器參考電流，既減少了安裝傳感器的數(shù)量，也減少了信號(hào)的 數(shù)量，降低了由于信號(hào)時(shí)間差所造成的參考信號(hào)的不準(zhǔn)確程度，有利于改善有源電力濾波 器的諧波補(bǔ)償效果。 在補(bǔ)償電流產(chǎn)生環(huán)節(jié)中采用三角載波控制，將有源電力濾波器的補(bǔ)償電流與諧 波檢測(cè)環(huán)節(jié)所提供的參考電流進(jìn)行比較，通過比例積分環(huán)節(jié)后成為調(diào)制信號(hào)，與三角波發(fā) 生電路產(chǎn)生的作為載波信號(hào)的三角波進(jìn)行比較，獲得驅(qū)動(dòng)有源電力濾波器逆變器的驅(qū)動(dòng)脈 沖。其中，逆變器采用單極性P麗控制方式。 本實(shí)用新型基于有源電力濾波器交直流側(cè)瞬時(shí)功率平衡原理，建立了單相有源電 力濾波器直流側(cè)電壓閉環(huán)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，求得有源電力濾波器有功電流的幅值。在求取有 功電流的相位時(shí)，本實(shí)用新型采用鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)，有效控制了直流側(cè)電容電壓，使得在系統(tǒng)頻 率發(fā)生變化時(shí)，有源電力濾波器仍能保持較好的諧波補(bǔ)償效果，保證了優(yōu)良的有源電力濾 波器動(dòng)態(tài)性能。 最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行 限定，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，所述領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)當(dāng)理解依然可 以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本實(shí)用新型精神和范圍 的任何修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路，該電路主要包括無源濾波器(3)、非線性負(fù)載(2)、電源母線(1)、有源電力濾波器(5)，所述電源母線(1)向非線性負(fù)載(2)供電，所述無源濾波器(3)并聯(lián)在電源母線(1)的負(fù)載側(cè)，其特征在于所述電源母線(1)為兩條且通過母聯(lián)斷路器(4)連接，每條電源母線上都安裝有有源電力濾波器(5)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路，其特征在于所述有源電力濾波器(5)采用單相有源電力濾波器。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路，其特征在于所述有源電力濾波器(5)為三單相結(jié)構(gòu)的有源電力濾波器。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路，其特征在于所 述有源電力濾波器(5)與無源濾波器(3)并聯(lián)。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路，其特征在于所述電源母線(1)為三相三線系統(tǒng)時(shí)，所述有源電力濾波器(5)可采用三相三線制結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路，其特征在于所述電源母線(1)為三相四線系統(tǒng)時(shí)，所述有源電力濾波器(5)可采用三相四線制結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路，其特征在于所述有源電力濾波器(5)可采用電容器中點(diǎn)型三相四線制有源電力濾波器。
8. 如權(quán)利要求6所述的一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路，其特征在于所述有源電力濾波器(5)可采用四極型三相四線制有源電力濾波器。
專利摘要本實(shí)用新型具體涉及通過母聯(lián)斷路器連接的兩條400V母線向非線性負(fù)載供電時(shí)諧波治理電路，為了解決諧波電流超標(biāo)、諧波穿行、諧波放大等問題，本實(shí)用新型提供了一種用于母線連接時(shí)的濾波器連接電路，該電路主要包括無源濾波器、非線性負(fù)載、電源母線、有源電力濾波器，電源母線向負(fù)載供電，無源濾波器并聯(lián)在電源母線的負(fù)載側(cè)，電源母線為兩條且通過母聯(lián)斷路器連接，每條電源母線上都安裝有三單相結(jié)構(gòu)的有源電力濾波器，并與無源濾波器并聯(lián)，從而達(dá)到抑制電網(wǎng)諧波、改善電網(wǎng)供電質(zhì)量，補(bǔ)償電流并注入電網(wǎng)抵消諧波電流，使電網(wǎng)的實(shí)際電流不含有諧波的效果。
文檔編號(hào)H02J3/18GK201498992SQ200920222970
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者吉平, 戴朝波, 武守遠(yuǎn), 王宇紅 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院;中電普瑞科技有限公司