[發明專利]一種結構可轉換的串聯諧振注入式混合有源濾波器

在審

• 申請號: 202011461121.8
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112636350A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 王凱;王順江;左越;李典陽;王興財;劉爽;高宜鳴;毛振軍
• 申請（專利權）人: 國網遼寧省電力有限公司葫蘆島供電公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18
• 代理公司: 沈陽之華益專利事務所有限公司 21218
• 代理人: 黃英華

本發明公布了一種結構可轉換的串聯諧振注入式混合有源濾波器，包括無源濾波器組、注入支路以及有源濾波器；所述注入支路由電容C₁、電感L₁和電容C_O構成；有源濾波器APF的輸出端通過耦合變壓器與基波串聯諧振電路并聯構成注入式有源濾波器；R₁、R₂是開關轉換器，負責控制混合有源濾波器結構的轉換；注入支路的兩端分別通過R₁、R₂與無源濾波器組串聯。本發明可以根據電弧爐運行的不同階段轉換不同的工作模式，在不同模式下的濾波器結構都能對電弧爐相應冶煉階段的負載諧波有較好的治理能力，同時在一定程度上減少了基波有功功率損耗，提高了混合有源濾波器的綜合性能，增加混合有源濾波器的使用壽命。

技術領域

本發明涉及電力濾波領域，尤其是涉及一種結構可轉換的串聯諧振注入式混合有源濾波器。

背景技術

隨著社會的發展，對鋼鐵的需求量越來越大，在煉鋼產業中，電弧爐煉鋼占據了很大比例。電弧爐技術的發展使得越來越多的電弧爐投入大型鋼鐵生產，其對電源側產生的一系列影響也愈發明顯。電弧爐利用交流電弧發熱的原理進行煉鋼，其電弧弧長的不規律變化導致電弧電阻的非線性，從而引起電流發生畸變，產生諧波電流，而諧波電流流入供電系統中，作用在系統阻抗上，從而造成電壓畸變，這些諧波的產生影響正常的供電，對電網安全造成威脅。

一直以來，對于電弧爐造成的這些電能質量問題，科研人員進行了深入研究并提出了許多解決方案。最初提出采用無源濾波器，無源濾波器結構簡單，既能濾除諧波同時還可以進行無功補償，但是由于這種濾波器容易受到電網阻抗變動的影響，而且容易發生串聯諧振，這些缺點的存在使得無源濾波器逐漸被有源濾波器取代。有源濾波器動態性能好，不受系統阻抗變動影響，缺點是濾波器容量小，隨著容量的增加成本明顯上升。為克服有源和無源濾波器各自存在的不足，混合有源濾波器應運而生。混合有源濾波器將無源濾波器和有源濾波器結合在一起，充分發揮各自的優勢，既能擴大濾波器的容量，同時也能保證濾波的穩定性和成本。

電弧爐的煉鋼的程序主要分為三個階段：熔化期、氧化期和還原期。電弧爐冶煉時主要諧波次數為2-7次；其中熔化期的電能問題最為嚴重；隨著冶煉進程的推移，電弧爐所引起的電能質量問題逐漸好轉，到了還原期時諧波畸變率只有7％，相對于熔化期而言，此時爐內燃弧穩定，電弧爐的輸入功率和電壓變化規律也較穩定。根據電工學原理可知，濾波器的作用是降低無功與諧波引發的線路損耗，提高供配電的運行效率。但現有的無源濾波器結構在串并聯諧振頻率數值的設計上都略高于目標頻率，使基波頻率下濾波器的基波損耗相對較大。因此，隨著電弧爐冶煉進程的好轉，繼續投入復雜的混合有源濾波器，既消耗大量有功功率又給企業帶來了一定損失。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構可轉換的串聯諧振注入式混合有源濾波器，該濾波器具有較好的諧波補償性能和較小的逆變器容量，濾波效率高、成本低、使用壽命長。

為了解決現有技術存在的問題，本發明采用的技術方案是：

一種結構可轉換的串聯諧振注入式混合有源濾波器，并聯于非線性負載電網，包括：無源濾波器組PPF、注入支路、有源濾波器，以及檢測電路、控制電路、驅動電路；所述注入支路由電容C₁、電感L₁和電容C₀構成；有源濾波器的輸出端通過耦合變壓器與基波串聯諧振電路并聯構成注入式有源濾波器；R₁、R₂是開關轉換器，負責控制混合有源濾波器結構的轉換；注入支路的兩端分別通過R₁、R₂與無源濾波器組串聯。

所述檢測電路是通過諧波電流檢測得到擬濾除的各次諧波電流；所述控制電路是對各次諧波電流進行加權求和形成有源濾波器的諧波補償電流指令；所述驅動電路是將指令電流與實際輸出電流經過PWM發生器處理后，產生PWM驅動信號，根據返回的數值使主電路發出大小相等方向相反的補償信號將諧波消去。