[發明專利]一種適用于低壓配網的感應有源濾波系統及方法

在審

• 申請號: 202111177227.X
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN113922378A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 李德路;李望望;張猛;張曉;劉志堅;鄧先明;郝紹龍;齊敦綱;宗嘉杰;王寧;王路成
• 申請（專利權）人: 江蘇建筑職業技術學院
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/26
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 胡定華

一種適用于低壓配網的感應有源濾波系統及方法，具體為一種配合Ddy聯接變壓器的感應有源濾波技術DDYIAF，通過建立電路模型和數學模型，應用諧波阻尼控制及零值阻抗控制策略實現負載平衡及不平衡狀態下的諧波抑制。仿真結果表明感應有源濾波技術在負載不平衡及平衡狀態下的可行性，所提控制策略能夠有效抑制諧波，在負載側繞組含有三次諧波時，也能顯著提升濾波裝置的濾波效果，且對負載不平衡現象有所改善。

技術領域

本發明涉及低壓配網設備領域，具體涉及一種適用于低壓配網的感應有源濾波系統及方法。

背景技術

在低壓配網中，負荷種類日益豐富，諸如開關電源、電子鎮流器、變頻裝置等非線性設備被廣泛使用。功率器件在能量轉換中的非線性特點產生一系列電能質量問題，影響低壓配網的正常運行，諸如諧波電流、諧波電壓、低功率因數、電壓不平衡等。

無源濾波技術是改善電能質量較為經濟的方法，被廣泛使用。但是，其只能濾除指定次諧波，且濾波效果極容易受系統阻抗影響。當配網系統對無源濾波裝置呈低阻抗狀態時，配網與濾波器之間非常容易發生并聯諧振。與無源濾波裝置不同，有源濾波器能夠有效避免與系統發生諧振。在實際應用中，通常由無源濾波裝置與有源濾波裝置共同構成混合有源濾波裝置。

然而，無論是無源濾波裝置、有源濾波裝置還是混合有源濾波裝置，其作用僅在于改善公共電網的電能質量。但這些方法對于聯接負載的配電網絡的電能質量改善并不能解決。以直流輸電系統中的換流變壓器為例，由于換流裝置(諧波源或無功吸收裝置)的交流側相電流較大，在變壓器副邊(負載側)安裝濾波裝置或無功補償設備較為困難。因此通常將補償裝置安裝在換流變壓器交流側，這使得所有諧波及無功從換流橋自由流經換流變壓器繞組，從而造成變壓器增加損耗、溫升、噪聲等問題。變壓器制造商考慮諧波電流及無功功率對變壓器的不良影響，在生產過程中將變壓器容量增加裕量，造成材料成本增加，但始終未從根本上解決問題。

近年來，感應濾波技術被提出用于解決上述問題。然而在實際應用中，感應濾波技術連接的全調諧濾波支路通常由無源濾波裝置構成。雖然應用感應濾波技術時，無源濾波支路無需偏調諧設計，但是由于初始設計偏差、設備材料老化以及其他因素的影響，濾波支路常常不能達到完全諧振。受到制作工藝的限制，即使濾波支路經過完美調諧，濾波支路的等效阻抗仍然以非零電阻的形式存在。而且，基于無源濾波裝置的感應濾波技術只能濾除相應濾波支路設計的指定次諧波。這種濾波系統的設計通常基于非線性負載的諧波特性比較穩定且經過分析。如果負載經常變化或負載諧波特性未知，那么其濾波效果就會大打折扣。

另外，在低壓配網中，變壓器繞組常采用Dyn接線，經常伴隨三相負載不平衡現象，且存在非線性負載引起的三次諧波。

發明內容

本發明結合感應有源濾波技術，以Ddy聯接的感應濾波變壓器為核心部件，提出一種適用于低壓配網的感應有源濾波系統及方法，對非線性不平衡負載產生的電能質量問題進行解決。

一種適用于低壓配網的感應有源濾波系統及方法，采用具有三繞組結構的感應濾波變壓器，其中的三個繞組包括網側繞組、負載側繞組以及濾波側繞組；

網側繞組為D聯接，與配電電網連接；負載側繞組采用Y聯接，與非線性負載連接；濾波側繞組，采用零值阻抗設計，D型聯接，與全調諧濾波支路及電壓源型逆變器VSI串聯聯接；全調諧濾波支路包括由分別采用5次及7次單調諧濾波器而并聯形成的5次和7次濾波支路；

所述感應有源濾波方法，根據如上設計的變壓器濾波繞組及濾波支路，通過有源逆變裝置的控制系統改善濾波裝置的濾波特性，加強濾波效果；利用變壓器繞組相同的聯結組結構，在諧波檢測點與補償點無需進行相位補償，應用諧波阻尼控制及零值阻抗控制策略，實現負載平衡及不平衡狀態下的諧波抑制。

進一步地，負載側繞組應用于低壓配網不平衡負載時，采用Yn聯接。

進一步地，全調諧濾波支路與變壓器網側繞組及系統阻抗并聯。