[发明专利]一种适用于低压配网的感应有源滤波系统及方法

说明书

一种适用于低压配网的感应有源滤波系统及方法，具体为一种配合Ddy联接变压器的感应有源滤波技术DDYIAF，通过建立电路模型和数学模型，应用谐波阻尼控制及零值阻抗控制策略实现负载平衡及不平衡状态下的谐波抑制。仿真结果表明感应有源滤波技术在负载不平衡及平衡状态下的可行性，所提控制策略能够有效抑制谐波，在负载侧绕组含有三次谐波时，也能显著提升滤波装置的滤波效果，且对负载不平衡现象有所改善。

技术领域

本发明涉及低压配网设备领域，具体涉及一种适用于低压配网的感应有源滤波系统及方法。

背景技术

在低压配网中，负荷种类日益丰富，诸如开关电源、电子镇流器、变频装置等非线性设备被广泛使用。功率器件在能量转换中的非线性特点产生一系列电能质量问题，影响低压配网的正常运行，诸如谐波电流、谐波电压、低功率因数、电压不平衡等。

无源滤波技术是改善电能质量较为经济的方法，被广泛使用。但是，其只能滤除指定次谐波，且滤波效果极容易受系统阻抗影响。当配网系统对无源滤波装置呈低阻抗状态时，配网与滤波器之间非常容易发生并联谐振。与无源滤波装置不同，有源滤波器能够有效避免与系统发生谐振。在实际应用中，通常由无源滤波装置与有源滤波装置共同构成混合有源滤波装置。

然而，无论是无源滤波装置、有源滤波装置还是混合有源滤波装置，其作用仅在于改善公共电网的电能质量。但这些方法对于联接负载的配电网络的电能质量改善并不能解决。以直流输电系统中的换流变压器为例，由于换流装置(谐波源或无功吸收装置)的交流侧相电流较大，在变压器副边(负载侧)安装滤波装置或无功补偿设备较为困难。因此通常将补偿装置安装在换流变压器交流侧，这使得所有谐波及无功从换流桥自由流经换流变压器绕组，从而造成变压器增加损耗、温升、噪声等问题。变压器制造商考虑谐波电流及无功功率对变压器的不良影响，在生产过程中将变压器容量增加裕量，造成材料成本增加，但始终未从根本上解决问题。

近年来，感应滤波技术被提出用于解决上述问题。然而在实际应用中，感应滤波技术连接的全调谐滤波支路通常由无源滤波装置构成。虽然应用感应滤波技术时，无源滤波支路无需偏调谐设计，但是由于初始设计偏差、设备材料老化以及其他因素的影响，滤波支路常常不能达到完全谐振。受到制作工艺的限制，即使滤波支路经过完美调谐，滤波支路的等效阻抗仍然以非零电阻的形式存在。而且，基于无源滤波装置的感应滤波技术只能滤除相应滤波支路设计的指定次谐波。这种滤波系统的设计通常基于非线性负载的谐波特性比较稳定且经过分析。如果负载经常变化或负载谐波特性未知，那么其滤波效果就会大打折扣。

另外，在低压配网中，变压器绕组常采用Dyn接线，经常伴随三相负载不平衡现象，且存在非线性负载引起的三次谐波。

发明内容

本发明结合感应有源滤波技术，以Ddy联接的感应滤波变压器为核心部件，提出一种适用于低压配网的感应有源滤波系统及方法，对非线性不平衡负载产生的电能质量问题进行解决。

一种适用于低压配网的感应有源滤波系统及方法，采用具有三绕组结构的感应滤波变压器，其中的三个绕组包括网侧绕组、负载侧绕组以及滤波侧绕组；

网侧绕组为D联接，与配电电网连接；负载侧绕组采用Y联接，与非线性负载连接；滤波侧绕组，采用零值阻抗设计，D型联接，与全调谐滤波支路及电压源型逆变器VSI串联联接；全调谐滤波支路包括由分别采用5次及7次单调谐滤波器而并联形成的5次和7次滤波支路；

所述感应有源滤波方法，根据如上设计的变压器滤波绕组及滤波支路，通过有源逆变装置的控制系统改善滤波装置的滤波特性，加强滤波效果；利用变压器绕组相同的联结组结构，在谐波检测点与补偿点无需进行相位补偿，应用谐波阻尼控制及零值阻抗控制策略，实现负载平衡及不平衡状态下的谐波抑制。

进一步地，负载侧绕组应用于低压配网不平衡负载时，采用Yn联接。

进一步地，全调谐滤波支路与变压器网侧绕组及系统阻抗并联。