运用可控串联电抗器可完结双调谐滤波器
一、摘 要
运用可控串联电抗器可完结双调谐滤波器，属于电力系统无功赔偿和谐波克制器件领域，它由电容C1、可控串联电抗器L1、电容C2和电抗器L2、双调谐滤波器、可控串联电抗器的控制电路构成；电容C1、可控串联电抗器L1、电抗器L0、电容C2和电抗器L2的并联支路四有些依次串联；双调谐滤波器并联接在系统侧。本设备发明通过改动可控串联电抗器的直流控制电压来改动电抗器的输出电抗值，然后完结滤波器参数可以根据系统参数的改动而实时改动，使得滤波器时间坚持谐振，一向坚持出色的滤波效果。消除了常规无源滤波器由于系统频偏、温度漂移、滤波电容老化以及非线性负荷改动构成的失谐的影响。一同本设备发明中的电容器可以赔偿用户无功，前进功率因数。
二、布景技术
无源滤波器(PF)的工业运用己经有恰当长的前史，其计划方法简略，工作安稳可靠，但其滤波效果依赖于系统的阻抗特性，而且简略遭到电网的谐波污染程度、温度漂移、滤波电容老化以及非线性负荷改动的影响。实习工作中，电网的工频频率一般存在有一定的过失，且电容器由于制造、成组的协作精度及温度改动等要素也存在相对过失，相同，电抗器由于制造、电感量的调整方法等要素也存在一定的过失，这些要素均会致使无源滤波器呈现“失谐”现象。
假设将无源滤波器中的固定电抗器用可控串联电抗器代替，则可以打败上述缺点而完结一种谐振频率可控的滤波器。但是由于电力系统中滤波器的容量一般很大，使得选用全可调电抗器出资太大，一同也存在制造上的困难，所以，假设威尼斯网站网址将一容量较小的可调电抗器与既有的固定电抗器相串连而构成双调谐滤波设备，将会大大地减少滤波器的出资。与传统的无源滤波器比照，它能在一定范围内连续调度电感值，坚持滤波器在谐振点邻近工作，消除了频偏等失谐的影响。而一旦系统发生谐波扩展时，它又可以通过电力电子设备的敏捷控制效果敏捷改动电抗抵达使系统失谐，然后克制谐振的发生。另一方面，与选用全可调电抗器和根据变流器的有源滤波器比照，它结构相对简略、易完结且成本低。因而具有非常广泛的运用前景。
可控串联电抗器运用于传统无源滤波设备，将会完结滤波动态连续可调，改进传统无源滤波器滤波效果。运用可控串联电抗器可完结双调谐滤波器，包括电容器C2和固定电抗器L2构成的并联支路，在其并联支路上串联有由电容Cl、可控串联电抗器L1、固定电抗器LO构成的串联支路，可控串联电抗器的控制端接有控制器。
所述的可控串联电抗器的控制电路由电压互感器PT，电流互感器CT，带通滤波器，相位比照单元，PI (比例积分)控制单元构成；所述的电压互感器PT通过带通滤波器与相位比照单元相连，再通过PI (比例积分)控制单元控制可控串联电抗器；与上述带通滤波器相连的相位比照单元的同一端通过另一个带通滤波器与电流互感器CT相连，电流互感器CT接地。与现有技术比照，本实用新型的利益在于:
(I)由于本实用新型选用了可控串联电抗器代替传统无源滤波设备中的固定参数电抗器，通过改动可控串联电抗器的直流控制电压来改动电抗器的输出电抗值，然后完结滤波器参数可以根据系统参数的改动而实时改动。使得滤波器时间坚持谐振，一向坚持出色的滤波效果。
(2)为了保证明时性，一般选用闭环控制，根据调谐滤波器在谐振时呈现纯电阻特性，即通过滤波器的谐振频率的电流和滤波器两端同频率谐波电压相位相同，通过DSP(数字信号处理器)或单片机，用PI调度算法根据上述条件在电抗器可调范围内动态调度电感值大小，使滤波器一向在某个固定频率点谐振。
(3)运用可控串联电抗器可完结双调谐滤波器可在很大程度上削弱传统无源滤波器由于频偏、温度漂移、滤波电容老化以及非线性负荷改动构成的失谐的影响。一同设备中的电容器可以赔偿用户无功，前进功率因数。
三、具体实施方法
双调谐滤波器电路结构如图1所示，它由电容Cl、可控串联电抗器L1、电阻Rl依次串连，再串连电抗器L2和电阻R2串连后再与电阻电容C2并联的并联支路——四有些依次串联构成。
在计算分析时电感中的电阻Rl、R2可以忽略不计。它有两个谐振频率，可以一同吸收两个邻近频率的谐波，其阻抗频率特性如图2所示。在图2中，横轴为频率，纵轴为双调谐滤波器的阻抗，其特性是在两个特定频率处阻抗有极小值，可以使该频率的谐波首要流过滤波器，然后减小比如系统的该频率谐波。
在计划双调谐滤波器参数时，可以把它看作是两个单调谐滤波器并联的等效，如图3所示。其每一个支路都是一个单调谐滤波器，在谐振频率处，两个单调谐滤波器的阻抗特性与双调谐滤波器的底子相同。即假设两个单调谐滤波器分别谐振在频率f I和f2，则根据它们算出的双调谐滤波器也将谐振在这两个频率上。相对于单调谐滤波器，双调谐滤波器的优点在于，由于滤波器电路结构中选用了串联的结构，然后可以降低对器件耐压水平的恳求。
图4是选用可控串联电抗器的双调谐滤波器及其控制框图。参见图4，运用可控串联电抗器可完结双调谐滤波器，它由电容Cl、可控串联电抗器L1、电抗器LO (也可不用)、电容C2和电抗器L2、双调谐滤波器、可控串联电抗器的控制电路构成；电容Cl、可控串联电抗器L1、电抗器LO (也可不用)、电容C2和电抗器L2的并联支路四有些依次串联；可控串联电抗器的控制电路由电压互感器PT，电流互感器CT，带通滤波器，相位比照单元，PI (比例积分)控制单元构成；电压互感器PT通过带通滤波器与相位比照单元相连，再通过PI (比例积分)控制单元控制可控串联电抗器；与上述带通滤波器相连的相位比照单元的同一端通过另一个带通滤波器与电流互感器CT相连，电流互感器CT接地。
选用可控串联电抗器的双调谐滤波设备，运用电压、电流互感器得到滤波器支路的电压、电流信号。参见图4，以5，7次双调谐滤波器为例，通过两个结构与参数彻底相同的仿照或数字5次(或7次)带通滤波器，分别从系统的电压和电流信号中获取5次(或7次)谐波电压、电流信号；然后运用相位比照单元对上述滤波支路得到的电压的5次(或7次)谐波分量与电流的5次(或7次)谐波分量的相位进行比照，并将相位差送入PI调度器；PI调度器的输出向可控串联电抗器的触发板供应相位控制电压，然后完结闭环控制。这种控制战略控制政策明晰，呼应时间小于5次(或7次)谐波一个周期。图8是滤波支路5次谐波电压电流相位差逼近进程。
运用可控串联电抗器可完结双调谐滤波器设备的计划首要是考虑磁阀式可控串联电抗器计划和控制器计划两个方面。磁阀式可控串联电抗器的计划政策是可以根据系统改动，改动电感的大小。一个典型的单相磁阀式可控串联电抗器的工作原理如图5所示，该电抗器包括两个彼此绝缘的绕组，一个交流供电的工作绕组(每一侧三个绕组中的上下两组)和一个经整流桥供电的控制绕组(每一侧三个绕组中的基地一组)。在两个半芯柱上分别对称地绕有匝数为N/2的工作绕组；该绕组与固定电抗器相连后构成滤波电路的电抗器，该电抗器再与电容器串连构成单调谐滤波器接入电网。而控制绕组相同分别对称地安装在两个半芯柱上，由晶闸管Tl〜T4构成的整流桥供电。当晶闸管均不导通时，可控串联电抗器恰当于空载变压器，容量很小；跟着整流桥控制角的改动，在控制绕组中发生一定大小的直流偏磁电流。
铁芯材料的磁化曲线参看图6。在图6中，横轴为磁场强度H，纵轴为磁感应强度B。铁芯材料的磁化曲线大致可分为三个有些，开端有些的磁导率比照大，而且线性度非常好，平常用的电抗器便是处在这个工作情况；第二个有些对错线性区，非常窄小的一段，这段的磁导率是在不断的减小，磁阀式可控串联电抗器恰是工作在这个区段内，这个区间非常窄小；第三个有些是磁芯材料丰满段，曲线接近于线性，磁导率底子不变。
改动可控硅整流器的触发导通角便可得到不相同的直流电压，然后生成相应的偏磁电流。因而可以通过改动铁芯的磁丰满度，相应地改动磁阀式可调电抗器的电抗值，然后滑润地调度滤波器的谐振频率。
—旦系统发生谐振时，威尼斯网站网址可以运用维护设备通过敏捷改动晶闸管的控制角，比如封闭晶闸管的触发脉冲使晶闸管在半个周期内关断，使可控串联电抗器呈现高阻态等方法，来损坏谐振条件，抵达消除谐波扩展的效果。
图7为单相裂芯式可控串联电抗器的原理图。电抗器的一个铁心分为两半，下方两个直流控制绕组分别套在半铁芯柱上，所发生的直流磁通在两个半铁芯自威尼斯网站网址闭合。上方交流工作绕组绕在全体的两个铁芯柱上，所发生的交流磁通通过两个并联半铁芯柱和另一铁芯柱而闭合。控制绕组经电阻由一向流电源Ek供电。通过调度直流绕组中流过的直流电流Ik就可以改动铁芯的磁丰满度，然后滑润地改动电抗器的电抗值。
可调谐滤波设备的特征在于根据系统改动，调度电感大小，使电感电容总在固定频率点谐振。以可调谐滤波器计划为5、7次双调谐滤波器为例，由谐振特性，当且仅当滤波器在250Hz和350Hz谐振时，滤波器支路的5、7次阻抗值最小且为纯阻性，5、7次谐波电流由于与系统分流的联络应为最大值；滤波支路端电压的5、7次谐波分量与流经滤波器的电流的5、7次谐波分量应同相位。以上两个都是滤波器处在谐振情况的充分必要条件。控制器的控制战略便是根据这个原理计划的。
控制器的计划是使谐振频率点的电压信号该固定频率分量和电流信号该固定频率分量的相位差最小为控制政策。控制器由带通滤波器、相差查看电路、PI调度电路、晶闸管触发电路构成。上述电路既可以用仿照电路也可以运用数字电路完结。
对双调谐滤波器进行理论分析可知，若系统参数发生改动，则仅通过调度可控串联电抗器的电感值无法使滤波器从头在两个谐振频率均精确谐振，所以对于双调谐滤波器设定的控制战略为保证其在某一次谐振频率一向坚持谐振，而对另一个谐振频率而言也会减小由于参数改动致使的谐振频率偏移。在实习运用中，具体对其间哪一个谐振频率进行闭环盯梢控制可以进行理论计算和观测其实验效果。
闭环控制时，可以通过比例积分(PI)调度器来完结。对滤波后得到的特定频率电压电流信号进行分析，得出其相位差，送入比例积分调度器，以相位差为O为政策进行调度，得到一个可控串联电抗器的直流控制电压作为输出值，直到该次谐波电压电流相位差为O。其进程如图8所示，横轴为时间，纵轴为5次电压电流相位差，单位是弧度。电压电流相位差在闭环调度下逐步变为O。
实施例中带通滤波器选用了 Chebyshev—型二阶有源带通滤波器，取基地频率250Hz或350Hz，通带带宽为20Hz。由于引入了带通滤波器，将发生相移，但是由于对电压、电流信号选用彻底相同的滤波器，两滤波器发生的相移底子相同，对计算相位差不发生影响。
图9为双调谐滤波器的滤波效果曲线。其间，通道一是滤波前电流波形，通道二是滤波后电流波形。对选用可控串联电抗器的双调谐滤波设备的仿真和实验效果标明，可调谐滤波设备可以根据系统的改动，实时地调度可控电感值，保证滤波设备在谐振点邻近工作，一同赔偿系统无功，前进功率因数。计算机仿真以及实验室设备物理实验的效果均证明上述方法可以抵达预期意图。上述计划方法彻底可以推行到三调谐滤波器。
四、特别恳求
1.一种运用可控串联电抗器可完结双调谐滤波器，包括电容器C2和固定电抗器L2构成的并联支路，其特征在于:在其并联支路上串联有由电容Cl、可控串联电抗器L1、固定电抗器LO构成的串联支路，可控串联电抗器的控制端接有控制器。
2.根据权力恳求1所述的运用可控串联电抗器可完结双调谐滤波器，其特征在于，可控串联电抗器的控制电路由电压互感器PT，电流互感器CT，带通滤波器，相位比照单元，比例积分控制单元构成；电压互感器PT通过带通滤波器与相位比照单元相连，再通过比例积分控制单元控制可控串联电抗器；与上述带通滤波器相连的相位比照单元的同一端通过另一个带通滤波器与电流互感器CT相连，电流互感器CT接地。
