[发明专利]采用水冷技术的有源电力滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种有源电力滤波器，特别是公开一种采用水冷技术的有源电力滤波器，属于电力工程领域。

背景技术

由于各种非线性用电负载，如变频器、整流装置、电弧炉、高压直流输电用变流器等的增加，电网的谐波污染、功率因数下降、电压不对称、供电中断、电压波动和闪变等问题越来越突出。

中国机械工业出版社《谐波抑制和无功补偿》（ISBN 7-111-06298-1/TM.728）第7章介绍了用于低压供电电网的有源电力滤波器。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行快速补偿。利用电力电子装置产生对应的谐波电流注入供电电网来抵消非线性负载产生的谐波电流，从而阻止谐波电流流入电网，避免电网电压畸变，根据需要，有源电力滤波器还能实现无功补偿功能。

参见附图1，现有的有源电力滤波器的典型应用接线图，其中虚框内为有源电力滤波器。

参见附图2，各点的电流波形。ila为A相的负载电流波形，由于非线性负载的作用，负载电流波形有畸变，含有谐波成分。Ifa为有源电力滤波器输出的A相电流波形。Isa为经过有源电力滤波器补偿后，电网侧A向电流波形，基本接近正弦波。

常规的有源电力滤波器电压等级多为380V，690V。

参见附图3，有源电力滤波器主要包含IGBT逆变桥3、直流环节的储能电容4、高频电抗器、控制电路、缓启动电路2、熔丝1、高频滤波电路5、柜体和冷却等组成部分。

参见附图4，由于其中的IGBT 8、电阻9和高频电抗器7均为发热元件，为保证器件正常工作，整个装置需要散热，传统的有源电力滤波器采用强迫风冷的方式，通过风机6，利用空气流动将热量带到柜体外。

然而，在煤矿井下、化工现场等有防爆要求的场合，强迫空冷的散热方式无法使用。由于强迫风冷会导致环境中的易燃易爆气体进入装置内部，造成装置内部的带电元件无法与环境隔离，不能满足现场防爆的安全要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可实现内部带电元件和环境易燃易爆气体完全隔离的有源电力滤波器。本发明的有源电力滤波器采用水冷技术，除了可应用于防爆场合外，也可应用于现场环境粉尘或导电颗粒较多的场合，提高了有源电力滤波器的使用寿命，降低了故障率。

本发明是这样实现的：一种采用水冷技术的有源电力滤波器，其特征在于：包括有源电力滤波器的元件柜和相连接的冷却柜，功率器件IGBT、电阻、高频电抗器、水冷板、元件柜水空热交换器及水泵安装于元件柜内，冷却柜水水热交换器或冷却柜水空热交换器安装于冷却柜内，元件柜内的有源电力滤波器的功率器件IGBT和电阻固定于水冷板上，通过功率器件IGBT和电阻的基板面与水冷板的表面接触进行换热，水冷板和元件柜水空热交换器又经水泵与冷却柜水水热交换器或冷却柜水空热交换器连接，构成水冷板和元件柜水空热交换器与冷却柜水水热交换器或冷却柜水空热交换器组成密闭的水循环冷却系统。

所述的有源电力滤波器元件柜内热量传导至内部循环水，经升温后的内部循环水通过冷却柜水水热交换器利用外循环水将热量带走或通过冷却柜水空热交换器将热量发散到外部空气中。

所述的有源电力滤波器冷却柜设有防爆形式或非防爆形式，防爆形式的冷却柜放置于危险区使用，非防爆形式的冷却柜放置于安全区使用。

所述的元件柜内的高频电抗器采用水冷电抗器或风冷电抗器。

本发明采用水冷技术的有源电力滤波器将功率器件IGBT、电阻、高频电抗器、水泵、水冷板、元件柜水空热交换器安装与一面柜体内，命名为元件柜，将冷却柜水水热交换器或冷却柜水空热交换器安装于一面柜体内命名为冷却柜。

由于有源电力滤波器的元件柜含有电气元件，当应用于危险区时需要防爆设计，本发明的密闭式循环水冷却系统为实现元件柜防爆设计提供了基础。所述的冷却柜内的热交换器形式分为冷却柜水水热交换器或冷却柜水空热交换器，使用时二者选一即可。所述的冷却柜安装冷却柜水空热交换器时，内部循环水通过冷却柜水空热交换器与外部空气进行换热，需要设置风机通风，通风的风机选为防爆型风机，此方案的冷却柜设计为防爆形式，放置于危险区使用；若通风风机选为非防爆型风机时，冷却柜设计为非防爆式，放置于安全区使用。