[發明專利]一種有源電力濾波裝置

在審

• 申請號: 201710598631.1
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107370153A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 李達義;胡晶;余天保;楊凱
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 廖盈春,李智

技術領域

本發明屬于有源電力濾波技術領域，更具體地，涉及一種有源電力濾波裝置。

背景技術

隨著電力電子非線性負荷在工業和民用現場應用越來越廣泛，電網中電流波形畸變更加嚴重，諧波和無功問題越來越顯著。針對諧波和功率因數問題，工業界已提出多種應對方案，其中主要的濾波方案包括傳統無源LC濾波器、傳統并聯有源電力濾波器、串聯混合型有源電力濾波器、注入型混合有源電力濾波器及統一電能質量調節器。

無源濾波器體積、重量較大，且只能濾除特定頻率的諧波。在所有電力濾波器中，串聯混合型有源電力濾波器由于能極大提高諧波阻抗進而起“諧波隔離器”作用，而引發廣泛關注。但此類濾波器在保護策略和可靠性方面存在一些問題，且濾波性能受變壓器容量限制，具體如下：

(1)串聯有源電力濾波器的整體系統需要定制保護策略：逆變器組件串聯于電源和負載之間，無法通過電源接觸器、斷路器或保險絲等裝置得到直接的保護。

(2)裝置的濾波性能與變壓器容量相沖突：傳統基于基波磁通補償的串聯混合型有源電力濾波器僅對基波磁通進行補償，只能降低基波等效阻抗，當所用變壓器確定后，諧波等效阻抗固定，為變壓器勵磁阻抗；變壓器額定容量的設計取決于考慮系統保護策略下的勵磁阻抗大小，考慮變壓器基波磁通完全沒有得到補償的極端情況，該串聯變壓器的設計容量為I₁為變壓器一次側電流，為降低該額定容量，必須減小變壓器勵磁阻抗Z_m。綜上，較好的濾波性能要求較大容量的變壓器。

3)裝置的保護策略及可靠性與變壓器容量相沖突：為了便于保護并提高裝置的可靠性，變壓器勵磁阻抗也應該設計得較小，否則一旦裝置處于非正常運行狀態，逆變器輸出電壓將會非常高。

綜上，無源濾波器體積、重量大，只能濾除特定頻率的諧波；現有串聯混合型有源電力濾波器因充當一個“諧波隔離器”起到實時濾波的作用而引發廣泛關注。但其僅對基波磁通進行補償，從而只能降低基波等效阻抗，當所用變壓器確定后，其諧波等效阻抗為定值，為取得較好濾波效果，需采用較大容量變壓器，而較大容量的變壓器又會增加系統保護的難度，因此現有串聯混合型有源電力濾波器的系統保護策略、容量與濾波性能之間存在沖突。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于解決現有有源電力濾波器僅對基波磁通進行補償，只能降低基波等效阻抗，當所用變壓器確定后，其諧波等效阻抗為定值，為取得較好濾波效果，需采用較大容量變壓器，而較大容量的變壓器又會增加系統保護的難度的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供一種有源電力濾波裝置，適用于包括系統電源和諧波負載的電路，該裝置包括：變壓器、逆變器、調制信號生成模塊。

變壓器的一次側繞組與所述諧波負載串聯，接入所述系統電源和諧波負載構成的回路，流過變壓器一次側繞組的電流包括基波電流分量和諧波電流分量。調制信號生成模塊用于生成逆變器的調制信號，調制信號由反向放大后的一次側基波電流和正向放大后的一次側諧波電流疊加生成。逆變器用于將直流信號轉變成與調制信號同頻率的交流電流信號并注入變壓器二次側繞組，以使所述變壓器一次側基波等效阻抗為Z₁+(1-α)Z_m，變壓器一次側第n次諧波等效阻抗為nZ₁+(1+β)nZ_m，其中，Z₁為變壓器的一次側漏抗，Z_m為變壓器的勵磁阻抗，n為諧波次數；α和β分別為基波控制系數和諧波控制系數，其分別通過調制信號中一次側基波電流的放大倍數和一次側諧波電流的放大倍數來調節。

本發明通過基于變壓器中基波和諧波磁通混合控制，使得一次側繞組的基波和諧波等效阻抗分別單獨可控。變壓器一次側基波等效阻抗為Z₁+(1-α)Z_m，變壓器一次側第n次諧波等效阻抗為nZ₁+(1+β)nZ_m，本發明提供的有源電力濾波裝置可通過控制α使得變壓器一次側基波等效阻抗為0，則變壓器一次側相對基波短路，通過控制β使得變壓器一次側諧波等效阻抗很大，則變壓器一次側相對諧波開路，諧波電流被迫流入無源支路，起到有源濾波的作用。