CN108847668A - 一种抑制工厂400v配电系统的谐波有源滤波电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路；包括缓启动电路、滤波电路、逆变电路，所述缓启动电路分别与三相电源的A相、B相、C相连接，所述缓启动电路后端与滤波电路连接，滤波电路的负极与三相电源的零线极N连接，所述逆变电路通过电抗器与滤波电路并联，所述逆变电路后端与储能电路连接后与电源的零线极N连接。本发明能补偿各次谐波，可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。

Description

一种抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路

技术领域

本发明涉及一种抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路。

背景技术

在现代企业工厂配电系统中，由于大功率半导体换流设备和电子调压装置的广泛应用，，比如变频器、中央空调等，这些非线性负载给电力系统带来了非正弦电流，引起大量电力谐波的注入，造成电力系统供电质量下降，低压电网中谐波污染的严重，增加了电能损耗，同时造成很大的安全隐患。用企业当前用电问题主要表现在以下方面：1、谐波电流叠加在电容器的基波上，产生谐振，会使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，影响正常安全用电，如果谐波电流长期冲击电容，可能会造成电容柜烧毁，甚至更严重的用电安全事故； 2、畸变功率造成变压器的铜损、铁损增加，降低变压器使用容量；3、变压器过热，并产生较大噪音，长期受到谐波电流的冲击，会降低变压器的使用寿命，严重时可能会导致变压器损坏；加大线路损失，增加电能损耗，降低电源效率，使电缆过热，易造成短路、火灾等隐患；影响其它用电设备的效率和正常运行，产生震动和噪音，缩短设备寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路；包括缓启动电路、滤波电路、逆变电路，所述缓启动电路分别与三相电源的A相、B相、C相连接，所述缓启动电路后端与滤波电路连接，滤波电路的负极与三相电源的零线极N连接，所述逆变电路通过电抗器与滤波电路并联，所述逆变电路后端与储能电路连接后与电源的零线极N连接。

所述缓启动电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8和接触器KM1和接触器KM2，所述电阻R6、电阻R7、电阻R8分别连接在三相电源A相熔断器FU1、B相熔断器FU2、C相熔断器FU3的后端，所述电阻R6、电阻R7、电阻R8的分别与接触器KM2电源侧的三个触点连接，所述电阻 R6、电阻R7、电阻R8的前端均分别与接触器KM1电源侧的三个触点连接连接，所述接触器KM2的负载侧三个触点与接触器KM1的负载侧三个触点连接。

所述滤波电路包括分别连接在接触器KM2负载侧的三个触点上的的电抗L4、电抗L5、电抗L6，所述电抗L4、电抗L5、电抗L6后端分别与电阻R7、电阻R8、电阻R9连接，电阻电阻R7、电阻R8、电阻R9 的另一端分别与电容C3、电容C4、电容C5连接，电容C3、电容C4、电容C5的另一端分别连接在接触器KM3电源侧的三个触点上，接触器 KM3的负载侧三个触点分别与继电器FR1的三个触点连接，继电器FR1 的两一端接入电源的零线极N。

所述逆变电路包括开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4、开关器件Q5、开关器件Q6，所述开关器件Q1的发射极与开关器件Q2的集电极共同与电抗L1连接后与电阻R9并联，所述开关器件Q3的发射极与开关器件Q4的集电极共同与电抗L2连接后与电阻R8 并联，所述开关器件Q5的发射极与开关器件Q6的集电极共同与电抗 L3连接后与电阻R7并联，所述开关器件Q1的集电极和开关器件Q2的发射极分别与电容C6的两端连接，所述开关器件Q3的集电极和开关器件Q4的发射极分别与电容C7的两端连接，所述开关器件Q5的集电极和开关器件Q6的发射极分别与电容C8的两端连接，所述开关器件 Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4、开关器件Q5、开关器件Q6的发射极和集电极之间均连接有二极管。

所述储能电容为电容C1，电容C1与电容C8并联且电容C1的一端与电源的零线极N连接，所述电容C1的两端还与R1和R2串联后的两端连接。

所述开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4、开关器件Q5、开关器件Q6均为绝缘栅双极型晶体管。

本发明的有益效果在于：

1)能补偿各次谐波，可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；

2)滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；

3)具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电路图。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

一种抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路；包括缓启动电路、滤波电路、逆变电路，所述缓启动电路分别与三相电源的A相、B 相、C相连接，所述缓启动电路后端与滤波电路连接，滤波电路的负极与三相电源的零线极N连接，所述逆变电路通过电抗器与滤波电路并联，所述逆变电路后端与储能电路连接后与电源的零线极N连接。

所述缓启动电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8和接触器KM1和接触器KM2，所述电阻R6、电阻R7、电阻R8分别连接在三相电源A 相熔断器FU1、B相熔断器FU2、C相熔断器FU3的后端，所述电阻 R6、电阻R7、电阻R8的分别与接触器KM2电源侧的三个触点连接，所述电阻R6、电阻R7、电阻R8的前端均分别与接触器KM1电源侧的三个触点连接连接，所述接触器KM2的负载侧三个触点与接触器 KM1的负载侧三个触点连接。该电路控制直流电容器组充电时可能引发的冲击电流，当直流电容器电压达到内部控制电路临界值，即可启动有源滤波器来做谐波电流补偿。主要组成有：限流电阻、接触器。限流电阻的设置致使通过电能转换器而流入直流电容器的冲击电流被限制在一定程度的内，待控制电路下达启动指令时，电磁开关闭合并旁路限流电阻，使得电能转换器真正与电力系统连接。

所述滤波电路包括分别连接在接触器KM2负载侧的三个触点上的的电抗L4、电抗L5、电抗L6，所述电抗L4、电抗L5、电抗L6后端分别与电阻R7、电阻R8、电阻R9连接，电阻电阻R7、电阻R8、电阻R9的另一端分别与电容C3、电容C4、电容C5连接，电容C3、电容C4、电容C5的另一端分别连接在接触器KM3电源侧的三个触点上，接触器KM3的负载侧三个触点分别与继电器FR1的三个触点连接，继电器FR1的两一端接入电源的零线极N。该电路通过串并联谐振滤波器、过电流保护继电器、异常跳脱控制装置实现吸收高频谐波电流。

所述逆变电路包括开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4、开关器件Q5、开关器件Q6，所述开关器件Q1的发射极与开关器件Q2的集电极共同与电抗L1连接后与电阻R9并联，所述开关器件Q3的发射极与开关器件Q4的集电极共同与电抗L2连接后与电阻R8 并联，所述开关器件Q5的发射极与开关器件Q6的集电极共同与电抗 L3连接后与电阻R7并联，所述开关器件Q1的集电极和开关器件Q2的发射极分别与电容C6的两端连接，所述开关器件Q3的集电极和开关器件Q4的发射极分别与电容C7的两端连接，所述开关器件Q5的集电极和开关器件Q6的发射极分别与电容C8的两端连接，所述开关器件 Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4、开关器件Q5、开关器件Q6的发射极和集电极之间均连接有二极管。逆变电路将电力系统所提供的能量转换成谐波补偿电流源，回馈至电力系统上，达到降低谐波的功能。

所述储能电路包括电容C1，电容C1与电容C8并联且电容C1的一端与电源的零线极N连接，所述电容C1的两端还与R1和R2串联后的两端连接。将来自电力系统的能量透过电能转换器的控制而加以储存，其由多只电容值相等的直流电容器并接而成。电能转换器工作时除了输出欲补偿的谐波电流外，也在直流电容器组上建立稳定的直流电压。

所述开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4、开关器件Q5、开关器件Q6均为绝缘栅双极型晶体管。

本发明的原理为：断路器合闸后，首先通过预充电电阻对直流母线的电容器进行限流充电，这个过程会持续几秒钟，是防止上电后对直流母线电容器的瞬间冲击。当母线电压Udc达到预定值后，预充电结束，主接触器闭合。直流电容作为储能元件，为通过IGBT逆变器和内部电抗器向外输出补偿电流提供能量。通过外部CT实时采集电流信号送至信号处理电路，然后再送FPGA给控制器，控制器将基波成分分离，并提取出所有的谐波；控制器会将采集到的谐波成分和 Dow已发出的补偿电流比较得到差值作为实时补偿信号输出到驱动电路，触发IGBT变换器将补偿谐波电流注入到电网中，实现滤除谐波的功能。

实例1:对贵阳开磷化肥有限公司新浓缩配电室1#进线电源加装 100A的有源滤波装置

1)新浓缩配电室治理前测量数据

从上述数据表结果可看出，功率因数为0.86，功率因数低于0.90 的要求。电流畸变率达到11.26％左右，超出了国家电能质量标准所允许的≤5％，高峰时谐波电流量值会更大，会影响用电设备的正常运行，甚至产生安全事故，谐波电流是加速线缆老化，缩短变压器使用寿命的重要原因，也是常见的电容柜补偿电容烧损的根本原因之一，同时会增加线缆、变压器的损耗。

2)新浓缩配电室治理后测量数据

通过在新浓缩配电室1#进线电源加装100A的有源滤波装置后。功率因数为0.91，功率因数高于0.90的要求。电流畸变率降至2.97％左右，负荷国家电能质量标准所允许的≤5％，有效的抑制谐波变配电设备的损坏。

实例2:对贵阳开磷化肥有限公司老氟盐配电室1段进线加装150A的有源滤波装置

1)老氟盐配电室1段进线治理前测量数据

由上测试结果可以看出，谐波电流大概150A左右，无功功率总共 101.6kvar，功率因数为0.88。低于功率因数大于等于0.90的要求。电流畸变率达到51.10％左右，远超出了国家电能质量标准所允许的≤5％，高峰时谐波电流量值会更大，会影响用电设备的正常运行，甚至产生安全事故，谐波电流是加速线缆老化，缩短变压器使用寿命的重要原因，也是常见的电容柜补偿电容烧损的根本原因之一，同时会增加线缆、变压器的损耗。所以建议尽快加装有源滤波装置进行谐波治理。

2)老氟盐配电室新浓缩配电室治理后测量数据

通过在老氟盐配电室1#进线电源加装150A的有源滤波装置后。功率因数为0.95，功率因数高于0.90的要求。电流畸变率降至3.98％左右，负荷国家电能质量标准所允许的≤5％，有效的抑制谐波变配电设备的损坏。

Claims (6)

1.一种抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路，其特征在于：包括缓启动电路、滤波电路、逆变电路，所述缓启动电路分别与三相电源的A相、B相、C相连接，所述缓启动电路后端与滤波电路连接，滤波电路的负极与三相电源的零线极N连接，所述逆变电路通过电抗器与滤波电路并联，所述逆变电路后端与储能电路连接后与电源的零线极N连接。

2.如权利要求1所述的抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路，其特征在于：所述缓启动电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8和接触器KM1和接触器KM2，所述电阻R6、电阻R7、电阻R8分别连接在三相电源A相熔断器FU1、B相熔断器FU2、C相熔断器FU3的后端，所述电阻R6、电阻R7、电阻R8的分别与接触器KM2电源侧的三个触点连接，所述电阻R6、电阻R7、电阻R8的前端均分别与接触器KM1电源侧的三个触点连接连接，所述接触器KM2的负载侧三个触点与接触器KM1的负载侧三个触点连接。

3.如权利要求1所述的抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路，其特征在于：所述滤波电路包括分别连接在接触器KM2负载侧的三个触点上的的电抗L4、电抗L5、电抗L6，所述电抗L4、电抗L5、电抗L6后端分别与电阻R7、电阻R8、电阻R9连接，电阻电阻R7、电阻R8、电阻R9的另一端分别与电容C3、电容C4、电容C5连接，电容C3、电容C4、电容C5的另一端分别连接在接触器KM3电源侧的三个触点上，接触器KM3的负载侧三个触点分别与继电器FR1的三个触点连接，继电器FR1的两一端接入电源的零线极N。

4.如权利要求1所述的抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路，其特征在于：所述逆变电路包括开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4、开关器件Q5、开关器件Q6，所述开关器件Q1的发射极与开关器件Q2的集电极共同与电抗L1连接后与电阻R9并联，所述开关器件Q3的发射极与开关器件Q4的集电极共同与电抗L2连接后与电阻R8并联，所述开关器件Q5的发射极与开关器件Q6的集电极共同与电抗L3连接后与电阻R7并联，所述开关器件Q1的集电极和开关器件Q2的发射极分别与电容C6的两端连接，所述开关器件Q3的集电极和开关器件Q4的发射极分别与电容C7的两端连接，所述开关器件Q5的集电极和开关器件Q6的发射极分别与电容C8的两端连接，所述开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4、开关器件Q5、开关器件Q6的发射极和集电极之间均连接有二极管。

5.如权利要求1所述的抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路，其特征在于：所述储能电路包括电容C1，电容C1与电容C8并联且电容C1的一端与电源的零线极N连接，所述电容C1的两端还与R1和R2串联后的两端连接。

6.如权利要求1所述的抑制工厂400V配电系统的谐波有源滤波电路，其特征在于：所述开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4、开关器件Q5、开关器件Q6均为绝缘栅双极型晶体管。