CN1086256C - 有源和无源构成的综合电力滤波装置 - Google Patents
有源和无源构成的综合电力滤波装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1086256C CN1086256C CN00109624A CN00109624A CN1086256C CN 1086256 C CN1086256 C CN 1086256C CN 00109624 A CN00109624 A CN 00109624A CN 00109624 A CN00109624 A CN 00109624A CN 1086256 C CN1086256 C CN 1086256C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- filter
- signal
- current
- active filter
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000005211 surface analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/20—Active power filtering [APF]
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
本发明涉及一种有源和无源构成的综合电力滤波装置，由有源滤波器、无源滤波器、变压器和控制电路组成，其中的控制电路包括电流传感器、谐波检测电路、调节器、脉宽调制控制电路和驱动电路。电流传感器将电网的电流信号转变成电压信号后输入谐波检测电路，得到谐波电流信号，送入调节器，得到控制电流的指令信号，根据指令信号控制有源滤波器的输出电压，实现滤波。本发明的装置成本低、经济实用性好。
Description
本发明涉及一种有源和无源构成的综合电力滤波装置，属于电气工程技术领域。
随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力***、工业(特别是冶金、钢铁、化工等)、交通、楼宇自动化及家庭中获得了广泛的应用，这就使电网中的谐波污染状况日益严重。而且，电网中用于提高功率因数的电容器易与***阻抗发生谐振，从而造成谐波放大。这都加重了电网中的谐波污染。
电网中的谐波不仅危害电网本身而且危害其周边设备。电网中的谐波一方面使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化、使用寿命降低，甚至发生故障或烧毁。同时，谐波还可引起电力***局部出现并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电器保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力***外部，谐波对通讯设备和电子设备会产生严重的干扰。
电网中的谐波污染状况日益严重，因而，对于谐波治理装置的需求也日益增加。而且，谐波治理也是建设“绿色电网”的重要组成部分。现在的谐波治理装置主要有两大类：无源滤波装置和有源滤波装置。
其中的无源滤波装置可参见1994年8月由水利电力出版社出版的《高压直流输电***的谐波分析及滤波》一书，其电路结构图见图1，其在谐波作用下的等效电路图如图2所示。
根据图2可以计算出***谐波为：
上式中等号右边的第一项是谐波电流作用的结果，第二项为谐波电压作用的结果。由第一项可以看出，当谐波电流的频率与滤波器的谐振频率一致，
，ZF/Zs→∞，第一项的结果也近似等于零，这便实现了对于负载谐波电流的抑制。
除了以上缺点外，无源滤波器还具有以下缺点：
1、补偿性能差 由于电容器和电感的参数存在着误差；在运行过程中将因周围温度的变化、自身发热和电容器绝缘老化的影响而发生变化；同时，***频率在运行过程中会存在一定的偏差。这些原因都会造成谐波频率与滤波器的谐振频率不一致，这时滤波器呈现的阻抗将偏离其极小值，使滤波器滤波效果变坏。
2、动态性能差 当负载电流动态变化时，其对谐波电流的抑制效果差
3、补偿性能受***阻抗的影响 由公式(1)可知，无源滤波器对负载谐波电流的滤波效果，决定于Zs/ZF，因此，***阻抗的变化将影响其滤波效果
4、即使在理想的情况下，也只能对特定次数谐波电流产生比较好的抑制效果
5、体积庞大，占用空间较多
已有的有源滤波装置可参见1995年《东洋电机制造株式会社产品说明书》。其原理框图如图3所示。其基本原理为：通过控制使有源滤波器相电网注入与负载谐波大小一致但相位相反的电流，这样就可以使电网电流为正弦波，从而，实现了消除谐波电流的目的。
目前的有源滤波技术的缺点可参见1997年清华大学博士论文《新型综合电力滤波***的研究》，主要有：
1、由于交流电源的基波电压直接施加到逆变器上，且补偿电流完全由逆变器提供，因此，逆变器的容量必须很大
2、由于目前电力电子器件造价较高，这种***的价格十分昂贵
3、由于检测电路易受器件参数分散及调试误差的影响，这会影响其补偿性能，需进一步改进
4、由于有源滤波装置采用全新的结构，不适于对原有的无源滤波装置进行改造
本发明的目的是设计一种无源有源综合滤波装置。它不仅可以克服单独使用无源滤波器和有源滤波器的缺点，而且可以吸取两者的优点，以得到一种滤波效果好、成本较低的新型电力滤波装置。
本发明设计的有源和无源构成的综合电力滤波装置，由有源滤波器、无源滤波器、变压器和控制电路组成，无源滤波器的一端与电网相联，另一端与变压器次级的一端相联，变压器次级的另一端互相短接在一起，变压器的原边的一端与有源滤波器中逆变桥臂的中点相联，原边的另一端互相短接在一起。控制电路包括电流传感器、谐波检测电路、调节器、脉宽调制控制电路和驱动电路。电流传感器将电网的电流信号转变成电压信号后输入谐波检测电路，得到电网谐波电流信号，该信号送入调节器，与有源滤波器中的电容电压的反馈信号一起经调节后得到控制电流的指令信号，并送入脉宽调制控制电路，根据指令信号的符号产生相应的控制信号，即当其中一相的指令信号大于零时，产生一个信号，送入驱动电路，经整形、放大、隔离后，使与该相相对应的有源滤波器的逆变桥上桥臂的开关管导通，下桥臂的开关管关断；若小于零时，产生一个信号，送入驱动电路，经整形、放大、隔离后，使与该相相对应的有源滤波器的逆变桥上桥臂的开关管关断，下桥臂的开关管导通，以控制有源滤波器的输出电压，实现滤波。
本发明的装置具有以下优点：
1、成本低、经济实用性好：本发明中的有源部分的功率较小，参照IEEE Trans.Ind.Appl.Vol(33)No.4(1997)《Effectiveness of Harmonic Mitigation Equipment for CommercialOffice Buildings》一文中给出的价格标准计算，这种滤波装置的价格为$227.3/kVA，这与无源滤波装置的价格($200/kVA)相差无几。如果是对原有的无源滤波装置进行改造的话，其改造成本仅为$50/kVA。
2、滤波性能好：对于整流负载，设备投入后，电网电流中的5次、7次、11次、13次谐波电流含量分别为1.7％、1.4％、0.8％、0.9％，此时电网电流波形已是比较理想的正弦波。在滤波装置投入前后电网中电流波形对比参见图7。实际运行结果表明，该滤波装置具有以下特点：滤波***的滤波效果受电力***阻抗的影响小；电力***阻抗和无源滤波器之间不会产生串联或并联谐振。
附图说明：
图1是无源滤波器电路原理图。
图2是无源滤波器在谐波作用下的单相等效电路图。
图3是有源滤波器电路原理图。
图4是本发明装置的电路原理图。
图5是本发明装置在谐波作用下的等效电路图，其中图5a是单相等效电路图，图5b是负载谐波电流Ilh单独作用下的等效电路图，图5c是电网谐波电压Ush单独作用下的等效电路图。
图6是脉宽调制(PWM)控制电路原理图。
图7是本发明装置投入前后电网中电流波形对比，其中，图7a是本发明装置投入运行前电网中电流波形，图7b是本发明装置投入运行后电网中电流波形。
下面结合附图，详细介绍本发明的内容。
本发明的有源和无源综合滤波装置的工作原理如下：
假设有源滤波器为理想的可控电压源，谐波负载为电流源。在三相对称的情况下，其单相等效电路图如图5(a)听示。其中Usf是电源电压中的基波部分，Ush是电源电压中的谐波部分；Isf为电源电流中的基波部分，Ish为电源电流中的谐波部分；ILf为负载电流中的基波部分，ILh为负载电流中的谐波部分；ZF是无源滤波器阻抗；Zs(Ls)是***阻抗。
在不考虑***损耗的情况下，有源滤波器输出电压中不含基波成份。按照叠加原理图5(a)可被分解为图5(b)和图5(c)。对于谐波电流源ILh，其单独作用下的等效电路如图5(b)所示。这时，有源滤波器可看成一个谐波阻抗Zc。当Uc＝ZF×ILh时，各次谐波频率下的谐波阻抗Zc恒等于-ZF，即ZF+Zc＝0，这样所有的负载谐波电流ILh都将流入无源滤波器支路，无源滤波器的滤波效果得以改善。对于***电压中的谐波成份Ush，其单独作用下的等效电路如图5(c)所示。这时，有源滤波器可看成一个受控电压源。当UC＝Ush时，Ush产生的谐波电流Ish将为零，这样就抑制了由于***谐波电压而引起的谐波电流。把以上两种情况综合起来，当有源滤波器输出电压UC＝Ush+ZF×ILh时，将对***中的所有谐波电流实现抑制作用。
由于有源滤波器电压UC＝Ush+ZF×ILh，比电网电压要小的多，这使得综合电力滤波***中有源滤波器的容量比并联型有源滤波器的容量要小的多，更适合对大容量的谐波负载进行补偿，其初始投资和运行费用比并联型有源滤波器要低。因而同时具有无源滤波器成本低和有源滤波器滤波性能好的优点，具有很强的实用性和经济性。
PWM(脉宽调制)控制电路原理图参见图6，以a相为例介绍其工作过程。当a相指令信号Ia*大于零时，比较器Comp-A输出一个低电平到非门IC1：A的输入端，非门IC1：A便输出一个高电平到D触发器IC3：A的D端，当D触发器的时钟端CLK有一个上升沿到来时，该高电平便使其正相输出端Q输出一个高电平，该高电平被送到驱动电路中，从而使开关管S1导通；同时，该高电平还便使其负相输出端
Q输出一个低电平，该低电平被送到驱动电路中，从而使开关管S2关断。相反，当a相指令信号Ia*小于零时，D触发器的输出一个低电平，使开关管S1关断S2导通。其他两相的控制过程与a相类似。这样，便能够保证有源滤波器的输出电压等于(Ush+ZF×Ilh)*N，进而保证综合滤波装置具有较理想的滤波效果。
图中的非门IC2：A、IC2：B、IC2：C、RY及CY构成一个方波振荡器。假设初始时非门IC2：A的输出端为低电平，该高电平输入到IC2：B使其输出为高电平，该高电平经电阻RY给电容CY进行正向充电，当B点电位高于IC2：C的门槛电压时，IC2：C输出低电平，该低电平输入到IC2：A的输入端使其输出高电平，同时，IC2：B的输出端为低电平，这样，IC2：A便对电容放电，当B点电位低于IC2：C的门槛电压时，IC2：C输出高电平。如此，反复地充放电便可以在IC2：C的输出端得到一个周期一定的方波脉冲，该方波脉冲经IC2：D正型并反向后送到D触发器的时钟端。有上面分析可知，只有在时钟端出现上升沿时，D触发器的输出端Q的状态才可能发生变化，从而引起开关管的开关状态发生变化。因此，开关管的状态变化与方波脉冲的上升沿同步。这样，就是可以使有源滤波器的开关频率保持恒定。
Claims (1)
1、一种有源和无源构成的综合电力滤波装置，其特征在于该装置由有源滤波器、无源滤波器、变压器和控制电路组成，无源滤波器的一端与电网相联，另一端与变压器次级的一端相联，变压器次级的另一端互相短接在一起，变压器的原边的一端与有源滤波器中逆变桥臂的中点相联，原边的另一端互相短接在一起；控制电路包括电流传感器、谐波检测电路、调节器、脉宽调制控制电路和驱动电路；电流传感器将电网的电流信号转变成电压信号后输入谐波检测电路，得到电网谐波电流信号，该信号送入调节器，与有源滤波器中的电容电压的反馈信号一起经调节后得到控制电流的指令信号，并送入脉宽调制控制电路，根据指令信号的符号产生相应的控制信号，即当其中一相的指令信号大于零时，产生一个信号，送入驱动电路，经整形、放大、隔离后，使与该相相对应的有源滤波器的逆变桥上桥臂的开关管导通，下桥臂的开关管关断，若小于零时，产生一个信号，送入驱动电路，经整形、放大、隔离后，使与该相相对应的有源滤波器的逆变桥上桥臂的开关管关断，下桥臂的开关管导通，以控制有源滤波器的输出电压，实现滤波。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN00109624A CN1086256C (zh) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 有源和无源构成的综合电力滤波装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN00109624A CN1086256C (zh) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 有源和无源构成的综合电力滤波装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1274977A CN1274977A (zh) | 2000-11-29 |
| CN1086256C true CN1086256C (zh) | 2002-06-12 |
Family
ID=4579754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN00109624A Expired - Fee Related CN1086256C (zh) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 有源和无源构成的综合电力滤波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1086256C (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100355177C (zh) * | 2005-12-18 | 2007-12-12 | 江苏省电力公司无锡供电公司 | 基于对称分量法的混合型三次谐波滤波器 |
| CN100407539C (zh) * | 2007-02-15 | 2008-07-30 | 湖南大学 | 大功率有源滤波器的控制方法 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100336276C (zh) * | 2003-09-25 | 2007-09-05 | 西安交通大学 | 电气化铁道用并联混合型电力滤波器 |
| CN100369344C (zh) * | 2003-10-24 | 2008-02-13 | 华南理工大学 | 电力***综合补偿装置及综合补偿方法 |
| CN100399666C (zh) * | 2004-08-26 | 2008-07-02 | 盈正豫顺电子股份有限公司 | 三相三线式有源式电力滤波器 |
| CN100344042C (zh) * | 2004-11-25 | 2007-10-17 | 郑州大学 | 利用谐波进行拖动与发电的方法及使用该方法的装置 |
| CN100346550C (zh) * | 2005-07-18 | 2007-10-31 | 西安交通大学 | 一种基于混合电力滤波器的抑制振荡的控制方法 |
| CN1851973B (zh) * | 2006-04-30 | 2010-05-12 | 西安交通大学 | 宽频带高衰减共模传导电磁干扰并联混合型滤波器 |
| CN102222910A (zh) * | 2010-04-15 | 2011-10-19 | 西门子公司 | 滤波*** |
| CN102545223A (zh) * | 2012-01-04 | 2012-07-04 | 北京华东电气股份有限公司 | 一种矿用高压动态滤波节电装置 |
| CN103178526A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-06-26 | 西安布伦帕电力无功补偿技术有限公司 | 复合型滤波器 |
| CN104201682B (zh) * | 2014-09-25 | 2016-07-20 | 湖北瑞力电气有限公司 | 一种内置式环形电抗器的高压无源滤波柜 |
-
2000
- 2000-06-16 CN CN00109624A patent/CN1086256C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100355177C (zh) * | 2005-12-18 | 2007-12-12 | 江苏省电力公司无锡供电公司 | 基于对称分量法的混合型三次谐波滤波器 |
| CN100407539C (zh) * | 2007-02-15 | 2008-07-30 | 湖南大学 | 大功率有源滤波器的控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1274977A (zh) | 2000-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Krishnaswami et al. | Control of high-frequency AC link electronic transformer | |
| CN110798074B (zh) | 一种级联型单相交流转直流隔离变换器 | |
| CN102025145B (zh) | 基于双向斩波器的直流有源电力滤波器及其控制方法 | |
| CN1808832A (zh) | 一种适用于中大功率不间断电源的电路装置 | |
| CN107147296B (zh) | 一种带下拉有源钳位支路的隔离型dc-dc升压变换器 | |
| CN1086256C (zh) | 有源和无源构成的综合电力滤波装置 | |
| CN101789603B (zh) | 交流动态有源功率因数补偿方法及补偿电路 | |
| CN104578844A (zh) | 一种开关电源电路 | |
| CN1284212A (zh) | 变频器和使用变频器的ups | |
| CN100407540C (zh) | 注入式混合型有源电力滤波器的复合控制方法 | |
| CN103607108A (zh) | 全桥单级功率因数校正器变压器原边多级无源箝位电路 | |
| Asa et al. | A novel ac to ac wireless power transfer system for EV charging applications | |
| CN114884046B (zh) | 一种基于阻抗编辑的多低次谐波电流自适应抑制方法 | |
| CN102025161A (zh) | 五电平双降压并联有源电力滤波器及其双频半波控制方法 | |
| CN103780118A (zh) | 一种谐振直流环节三电平软开关逆变电路 | |
| CN102983730A (zh) | 双反星形整流***的直流侧谐波抑制***与方法 | |
| CN1688096A (zh) | 基于变压器辅助换流的零电压、零电流开关型逆变器 | |
| CN109149979A (zh) | 一种用于谐振电路的大功率电压控制型负电阻 | |
| CN1286522A (zh) | 新型倍流整流电路零电压开关全桥变换器 | |
| CN208352983U (zh) | 单相可双向连续调节的静止无功补偿器 | |
| CN202488353U (zh) | 一种零电流开通低电压关断逆变式焊割电源电路 | |
| CN208862765U (zh) | 一种用于谐振电路的大功率电压控制型负电阻 | |
| CN2882074Y (zh) | 具有短路限流功能的串联有源滤波器 | |
| CN202353489U (zh) | 一种逆变器 | |
| CN1197711A (zh) | 调幅式串联谐振逆变弧焊电源 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20020612 |