[发明专利]一种自适应的单调谐滤波器

说明书

技术领域

本发明属于电力系统无功补偿和谐波抑制器件领域，涉及电力系统滤波、电力电子器件、自动控制等技术，更具体地涉及一种自适应的单调谐滤波器。

背景技术

随着科学技术的发展，大功率非线性负载尤其是电力电子装置的使用日益增多，使谐波电流和无功电流大量的注入电网，引起电网电压波动、频率变化、三相不平衡和谐波，从而影响电能质量、输电效率和设备的安全运行与正常使用。

随着电力电子技术及计算机控制技术的发展，电力电子器件功率的增加，可靠性的增强，以及自动控制方法的优化，使得电力系统谐波器抑制的研究和应用成为热点。

为了解决电力电子装置和其它谐波源的谐波污染问题，解决方法有两方面：一是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。

无源滤波器是采用滤波电容器C、电抗器L和电阻器R等无源元件的适当组合构成的滤波器，运行时和谐波源并联。其滤波原理是对某些固定谐波形成低阻抗通路，使相应的谐波电流通过近似短路的无源滤波器而避免进入电力系统。无源滤波器除了滤除谐波以外还在基波电压的作用下向谐波负载提供基波无功功率，同时兼顾谐波源无功补偿的要求。

有源滤波器是近几年迅速发展起来的一种抑制谐波的方案，其原理是实时检测负载电流或电压中的谐波分量，产生一个与其幅值相同、相位相反的谐波电流或电压，并将其注入电力系统中使线路中的谐波相互抵消。

用于吸收单一次数谐波(如单独滤3、5、7次谐波)的滤波器称为单调谐滤波器。

磁控电抗器的工作原理如图1所示，他激直流励磁，电抗器由两组变压器串联形成，副方控制绕组串联方式与原方相反，以相互抵消一次侧工频电压的影响。改变直流电压E_k及相应的回路控制电流i_k大小，以调节铁心磁饱和程度，达到改变电抗器输出电流i的目的。由于电抗器基于磁放大原理，故控制电源E_k所要求的控制功率仅为电抗器额定容量的1％左右，且控制电源处于装置的二次侧，保证了高可靠性。

于明涛等人公开了专利申请“基于可控电抗器的双调谐滤波器”CN 1694329A，提出利用可控电抗器连续调节电感量保持滤波器在谐振点附近工作，初步分析和实验结果均证明了该滤波器的可行性，但其未公开详细的可实施的技术方案。

发明内容

1.本发明的目的。

调节磁控电抗器使失谐的单调谐滤波器恢复到谐振点附近，将会大大提高单调谐滤波器的滤波效果。将磁控电抗器应用于传统无源滤波装置，从而实现滤波自适应连续可调，改善传统无源滤波器滤波效果。

2.本发明的原理。

被测电压电流经互感器变换为幅度合适的电压信号，经带通滤波器得到某次谐波成分，计算滤波后电压电流波形的相位，从而计算出电压电流相位差，根据两者的相位差，并进行比例积分微分的运算得出控制量，对磁控电抗器进行控制，从而改变电抗器的输出电抗值。

从而达到自动跟踪该次谐波变化，使滤波器始终工作在谐振点附近的目的。

3.本发明的系统结构。

本发明的系统结构原理如图2所示，一种自适应的单调谐滤波器，包括如下部分：电容器C、磁控电抗器L、磁控电抗器的控制装置。

磁控电抗器的控制装置包括电压互感器PT、电流互感器CT、带通滤波器1、带通滤波器2、相位比较器、自动控制器。

磁控电抗器的控制装置通过电压互感器PT、电流互感器CT实时监测电压值和电流值，电压值通过带通滤波器1、电流值通过带通滤波器2后进行相位比较，自动控制器运用比例积分微分PID调节方法，得出控制量。

自动控制器的控制量通过功率放大器进行放大后，动态调节磁控电抗器的感抗，从而改变电抗器的输出电抗值。

4.本发明的硬件系统

本发明的硬件系统结构如图3所示，包括如下部分：滤波支路、信号采集、信号处理自动控制(DSP)、数模转换、输出控制。

信号采集电路实现滤波支路电压、电流信号的检测、调理、模数转换。

信号处理自动控制电路是硬件系统的核心，实现对采集信号的加工处理，完成多种算法，如滤波、计算滤波支路电压电流的相位差、比例积分微分PID控制。

数模转换电路实现数字信号到模拟信号的转换，并对磁控电抗器输出控制电压。

5.本发明的软件流程