CN2891438Y - 电力有源滤波装置 - Google Patents

Abstract

一种电力有源滤波装置，它包括有负载电流采样单元、谐波电流和无功电流分离单元、产生控制信号单元及输出补偿电流单元，所述的负载电流采样单元、谐波电流和无功电流分离单元、产生控制信号单元及输出补偿电流单元被组成一个完整的滤波模块，至少有二个滤波模块独立并接于系统电网中；它将装置的主从模块控制改为完全独立的并联模块，每个模块均能独立工作，相互不受影响，因而具有结构简单、合理，使用方便，调试和维修更容易且方便，各模块相互不受影响，使装置能有效、长期地、可靠运行，电力系统的滤波性能稳定，风险系数降低等特点。

Description

电力有源滤波装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种能实时检测非线性负载产生的谐波电流和无功电流，快速产生与其大小相等，方向相反的补偿电流的电力有源滤波装置。

背景技术

近年来，大量诸如中频感应加热炉、变频器、电解电渡设备、电弧炉等非线性负载的使用，在产生大量的无功功率的同时也引起了电网波形的畸变，即存在电压和谐波。而谐波的存在增加了线损和用户设备的损耗，降低了电能质量。由高次谐波引起的设备事故屡见不鲜，因而谐波已成为污染公用电网和危害其它设备的“公害”。为解决上述有害“谐波”对公用电网和其它设备的危害，消除其不良影响，目前采用电力有源滤波装置，这种滤波装置的工作原理是实时检测非线性负载产生的谐波电流IH和无功电流IQ，快速产生与其大小相等，方向相反的补偿电流并注入系统，达到滤除谐波并改善功率因数的目的。电力有源滤波装置是把有害于其它电气设备的高次谐波加以消除，避免高次谐波对其它电气设备和电亡造成危害，它具有改善供电质量、提高功率因数和设备利用率、节约能源降低损耗等多种功能，其原理如下：将有源滤波装置接于系统电网中，通过实时检测非线性负载产生的谐波电流和无功电流，快速产生与其大小相等，方向相反的补偿电流IF并注入系统，达到滤除谐波并改善功率因数的目的，如图1、图2所示。

目前，电力有源滤波装置多采用如图3所示的结构内容，它由主控模块APF接入系统中，完成负载电流采样，并从负载电流中分离出谐波电流IH和无功电流IQ，然后产生控制信号到各从模块APF1-APFN，由各从模块输出反向的谐波电流和无功电流，见图3所示；因而上述负载电流的采样和分离以及控制信号的产生均由主控模块完成，各从模块不含这些功能，而只接受主控模块来的控制信号输出电流，其整个结构组成属于典型的主从模块装置，它虽然具有成本低廉等优点，但由于N个模块均受一个主控模块控制，接受主控模块的同意协调；如果一个从模块故障尚能做到不影响整体运行，如果一旦主控模块故障，N个从模块就会失去主控模块的控制和协调，将会产生不可避免的系统崩溃。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述存在的不足，而提供一种多模块独立并接于电力系统中以消除谐波电流和无功电流的电力有源滤波装置。它包括有负载电流采样单元、谐波电流和无功电流分离单元、产生控制信号单元及输出补偿电流单元，其特征在于所述的负载电流采样单元、谐波电流和无功电流分离单元、产生控制信号单元及输出补偿电流单元被组成一个完整的滤波模块，至少有二个滤波模块独立并接于系统电网中。

所述的滤波模块至少包括有连接于CT二次侧的电流传感器和50Ω电阻及跟随器1，其产生的一个与负载电流成正比的电压信号LDOU与标准余弦信号COS相乘后接于一四阶低通滤波器并产生一大小为负载有功电流的直流信号IPJ；直流电压设置和直流电压反馈分别连接PI调节器，将PI调节输出与IPJ用加法器相加，再乘以COS，得到负载有功功率IP；在将电压信号LDOU与负载有功功率IP接入减法器1，得到模块需要跟踪输出的指令电流IQH。

所述的指令电流IQH与模块输出电流的反馈值FBOU用减法器2进行减法运算后得到差值IDT并接入一滞回比较器1，并由该滞回比较器1输出DRS翻转。

所述的DRS信号接入一由电阻R58、C14和比较器以及两个与非门组合而成的死区时间控制电路后，产生两个开关控制信号DR12、DR23；该两个开关控制信号DR12、DR23经过四个光耦电路输出四个IGBT驱动信号DR1、DR2、DR3、DR4分别接入IGBT主电路。

所述的IGBT主电路由IGBT模块、电容C9、电感L6、L8、阻容C18、R44组成，模块内部的Z1、Z4和Z2、Z3两对桥臂相继导通，C9上的直流电压和系统电压的差值接于L6、L8的两端，产生跟踪电流，并由系统AN端接入系统，并与谐波电流和无功电流相抵消。

本实用新型属于对现有技术的一种改良，它将装置的主从模块控制改为完全独立的并联模块，且每个模块都包含有负载电流的采样、分离谐波电流和无功电流、产生控制信号以及输出补偿电流等完整的功能，每个模块均能独立工作，相互不受影响，因而具有结构简单、合理，使用方便，调试和维修更容易且方便，各模块相互不受影响，使装置能有效、长期地、可靠运行，电力系统的滤波性能稳定，风险系数降低等特点。

附图说明

图1是电力有源滤波装置的结构原理图。

图2是现有主从模块控制的电力有源滤波装置的结构原理图。

图3是现有主从模块控制的电力有源滤波装置的逻辑框图。

图4是本实用新型的结构原理图。

图5是本实用新型的逻辑框图。

图6是本实用新型的负载电流的采样及分离谐波电流和无功电流等电路原理图。

图7是本实用新型的IGBT主电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作详细的介绍：图4所示，本实用新型将多个独立的滤波模块APF并接于电力网系统中，每个滤波模块APF均包括有负载电流采样单元、谐波电流和无功电流分离单元1、产生控制信号单元2及输出补偿电流单元3，见附图5所示。

所述的负载电流采样单元、谐波电流和无功电流分离单元、产生控制信号单元及输出补偿电流单元被组成一个完整的滤波模块，将多个完整的滤波模块APF独立并接于系统电网中。

图6所示，所述的滤波模块APF至少包括有连接于CT二次侧的电流传感器和50Ω电阻及跟随器1，其产生的一个与负载电流成正比的电压信号LDOU与标准余弦信号COS相乘后接于一四阶低通滤波器并产生一大小为负载有功电流的直流信号ipj；直流电压设置和直流电压反馈分别连接PI调节器，将PI调节输出与ipj用加法器相加，再乘以COS，得到负载有功功率ip；在将电压信号LDOU与负载有功功率ip接入减法器1，得到模块需要跟踪输出的指令电流IQH。所述的COS为与电网电压同相位同频的稳幅标准余弦信号。所述的PI调节器的作用是稳定C9直流电压值。众所周知，负载电流i＝有功电流ip+无功电流ip+谐波电流ih，检测IQH＝无功电流ip+谐波电流ih＝I-ip，用减法器1可以实现IQH＝LDOU-ip，IQH就是模块需要跟踪输出的指令电流，FBOU是模块输出电流的反馈值，只要FBOU在一定范围内跟踪IQH，就能达到消除谐波的目的。

所述的指令电流IQH与模块输出电流的反馈值FBOU用减法器2进行减法运算后得到差值IDT并接入一滞回比较器1，并由该滞回比较器1输出DRS翻转。

图7所示，所述的DRS信号接入一由电阻R58、C14和比较器以及两个与非门组合而成的死区时间控制电路后，产生两个开关控制信号dr14、dr23；该两个开关控制信号dr14、dr23经过四个光耦电路输出四个IGBT驱动信号dr1、dr2、dr3、dr4分别接入IGBT主电路；所述的dr1、dr2、dr3、dr4即为IGBT的驱动信号。

本实用新型所述的IGBT主电路由IGBT模块、电容C9、电感L6、L8、阻容C18、R44组成，模块内部的Z1、Z4和Z2、Z3两对桥臂相继导通，C9上的直流电压和系统电压的差值接于L6、L8的两端，产生跟踪补偿电流，并由系统a和n端接入系统，并与谐波电流和无功电流相抵消。C18、R44组成高通滤波器滤除开关频率电流，使得注入系统的补偿电流为相对干净的电流。Z1、Z4分别受DR1、DR4控制，Z2、Z3分别受dr2、dr3控制。

本实用新型所述的IQH与FBOU进行减法运算后的差值IDT作为滞回比较器1的输入，滞环宽度由R1和R2决定，当IDT到达滞环宽度的上下限值时，滞回比较器1输出DRS翻转，使补偿电流反向增大，结果是FBOU围绕IQH上下波动，实现了补偿电流跟踪指令电流IQH的功能。

本实用新型用到的同步标准COS信号，其相位检测用的交流电压过零检测电路实现，将交流电压接入低通滤波器后滤除高频干扰，再用滞回比较器输出同步脉冲，提供给COS信号产生电路。

本实用新型还可以配置轻载保护、直流过压保护、启动保护和IGBT故障保护功能，具体是：F0为IGBT内部提供故障信号，经光耦隔离后产生FAILER信号；DEL为上电启动期间的延时信号，目的是在上电时越过电容C9的充电时间，在这段时间内封闭开关控制信号；IPJO为轻载信号，当负载轻载时可关断开关控制信号，当负载达到一定量时启动风机给装置散热；DCMP为直流电压过压信号，当产生这个信号时封锁开关控制信号，同时通过光耦产生drB信号，使Z7导通，直流电压通过R45放电，直流电压下降后重新开放开关控制信号，以上保护信号经过一系列或门组合到dr14、dr23上，以实现轻载保护、直流过压保护、启动保护和IGBT故障保护功能。

Claims (5)

1、一种电力有源滤波装置，它包括有负载电流采样单元、谐波电流和无功电流分离单元、产生控制信号单元及输出补偿电流单元，其特征在于所述的负载电流采样单元的接入端接于系统电网中，接出端与谐波电流和无功电流分离单元相连，并通过产生控制信号单元与输出补偿电流单元相连并被组成一个完整的滤波模块，至少有二个滤波模块独立并接于系统电网中。

2、根据权利要求1所述的电力有源滤波装置，其特征在于所述的滤波模块至少包括有连接于CT二次侧的电流传感器和50Ω电阻及跟随器1，它与标准余弦信号COS输入相接后再接于一四阶低通滤波器，该四阶低通滤波器的一路经过直流电压反馈与直流电压设置一起连接于PI调节器，另一路直接与PI调节器输出相接，再与一加法器相连、与标准余弦信号COS输入相接，再与跟随器1后的输出一起并接于一减法器1上。

3、根据权利要求2所述的电力有源滤波装置，其特征在于所述减法器1的输出与模块输出电流的补偿电流反馈一起接入一减法器2，再接入一滞回比较器1。

4、根据权利要求3所述的电力有源滤波装置，其特征在于所述的滞回比较器1的输出接入一由电阻R58、C14和比较器以及两个与非门组合而成的死区时间控制电路，其产生两个开关控制信号dr12、dr23输出并连接四个光耦电路，输出四个IGBT驱动信号dr1、dr2、dr3、dr4分别接入IGBT主电路。

5、根据权利要求4所述的电力有源滤波装置，其特征在于IGBT主电路由IGBT模块、电容C9、电感L6、L8、阻容C18、R44组成，模块内部的Z1、Z4和Z2、Z3两对桥臂相继导通，C9上的直流电压和系统电压的差值接于L6、L8的两端，产生跟踪电流，并由系统A和N端接入系统，并与谐波电流和无功电流相抵消。

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