本發(fā)明涉及一種能濾除電力系統(tǒng)全頻譜所有各次諧波的新型裝置，這種裝置采用了簡(jiǎn)單有效的諧波分離技術(shù)——LC串聯(lián)諧波分離法。這是一種不需要逆變、完全利用諧波本身能量來消除諧波本身的有源濾波裝置，屬諧波治理和節(jié)能
技術(shù)領(lǐng)域：
。二、
背景技術(shù)：
：電力系統(tǒng)中的諧波來自電氣設(shè)備，影響電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量的主要矛盾是非線性用電設(shè)備，也就是說非線性用電設(shè)備是主要的諧波源，當(dāng)電力系統(tǒng)向非線性設(shè)備供電時(shí)，這些設(shè)備在吸收基波能量的同時(shí)，又把部分基波能量轉(zhuǎn)換為諧波能量，向系統(tǒng)倒送大量的高次諧波，諧波源產(chǎn)生的諧波，與其非線性特性有關(guān)。當(dāng)前，電力系統(tǒng)的諧波源，按其非線性特性主要分幾大類：1、各種鐵心設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、變壓器、電抗器等，其鐵磁飽和特性呈現(xiàn)非線性，電流為非正弦波形。2、各種交直流換流裝置(整流器、逆變器、變頻調(diào)速器)以及晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等，在化工、冶金、礦山等大量工礦企業(yè)廣泛使用。3、各種電焊機(jī)，其電弧的點(diǎn)燃和劇烈變動(dòng)形成的高度非線性，導(dǎo)致電流不規(guī)則地波動(dòng)。其非線性呈現(xiàn)電弧電壓與電弧電流之間不規(guī)則的、隨機(jī)變化的伏安特性。4、日常生活設(shè)備：如日光燈、節(jié)能燈、電磁爐、微波爐、彩色電視機(jī)、電腦、辦公自動(dòng)化設(shè)備、變頻空調(diào)、電子整流充電器等。在理想的交流電力系統(tǒng)中，電流和電壓都是純粹的正弦波。所謂諧波，即在交流電力系統(tǒng)中，由于大量非線性電氣設(shè)備的使用，其電壓電流波形已不是完整的正弦波波形，而是不同程度地發(fā)生了畸變。根據(jù)數(shù)學(xué)中的傅立葉級(jí)數(shù)分析，非正弦波的周期量可分解成基波分量和具有基波頻率整數(shù)倍的諧波分量。三相電力諧波具有如下特性：諧波的相序性：各次諧波的相序是不相同的，分正序、負(fù)序和零序三類，三相電力系統(tǒng)中的各次諧波相序如下表所示：次數(shù)123456789101112131415…相序+-0+-0+-0+-0+-0…在低壓電力系統(tǒng)中，根據(jù)運(yùn)行實(shí)踐，上述各次諧波的損耗以零序諧波特別是三次諧波所占成分最大，且對(duì)電氣設(shè)備的危害最為嚴(yán)重。其原因根據(jù)理論分析，是零序諧波磁通在配電變壓器的三柱鐵芯中互相對(duì)頂，零序諧波阻抗為零，從而造成零序諧波短路所致。各相中的零序諧波特別是三次諧波因其相位相同，不僅不能抵消，反而會(huì)相互疊加后以3倍于相線的諧波電流通過中性線，使中性線總電流大大超過其安全電流值造成過負(fù)荷，這種狀態(tài)下就有可能造成導(dǎo)線過熱進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。零序諧波特別是三次諧波在發(fā)熱的同時(shí)也就消耗了大量有功功率，這個(gè)有功功率的來源只能是電源基波功率提供。其他相序高次諧波的危害：(1)諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱、機(jī)械振動(dòng)和噪聲；(2)諧波對(duì)供電線路產(chǎn)生附加損耗；(3)使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振。由于諧波頻率多，這就有可能出現(xiàn)諧振，諧振將放大諧波電流，導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀。(4)諧波將使繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)作，并使儀表和電能計(jì)量出現(xiàn)較大誤差。諧波的獨(dú)立性：各種不同頻率的諧波雖然出現(xiàn)在同一電網(wǎng)上，但它們卻是獨(dú)立的，同一時(shí)間它們只是瞬時(shí)值疊加而已。這就好像一支樂隊(duì)，有多種樂器同時(shí)演奏，雖然是不同頻率的音波，但我們的耳朵卻能分別出是什么樂器在演奏。由于諧波具有獨(dú)立性，我們就必定有辦法將它們從電網(wǎng)中分離出來。現(xiàn)有諧波濾波技術(shù)工作原理1、無源濾波器工作原理無源濾波器是通過L、C串聯(lián)或并聯(lián)，使其與某次諧波產(chǎn)生諧振，當(dāng)發(fā)生諧振時(shí)，濾波器對(duì)該次諧波呈現(xiàn)出很小阻抗或很大阻抗，從而短路或阻斷該次諧波，達(dá)到對(duì)該次諧波治理的目的。LC無源濾波器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一直被廣泛使用。這種方法的主要缺點(diǎn)是濾波特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使LC濾波器過載甚至燒毀。此外，一組LC無源濾波器只能濾除一個(gè)固定頻率的諧波，要濾除多個(gè)頻率的諧波，需要多組LC無源濾波器，成本、體積、功耗將成倍增長(zhǎng)，無法承受。總之，LC無源濾波器缺點(diǎn)很多。2、現(xiàn)有有源濾波器工作原理早在1970年代初期，日本學(xué)者就提出了有源濾波器APF(ActivePowerFilter)的概念，即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。有源電力濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、能對(duì)大小和頻率都變化的諧波及無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，和無源濾波器相比，有突出的優(yōu)點(diǎn)：(1)對(duì)各次諧波均能有效地抑制；(2)系統(tǒng)阻抗和頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響補(bǔ)償效果。并能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響；(3)不會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，能抑制外電路的諧振產(chǎn)生的諧波電流的變化；(4)用一臺(tái)裝置就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各次諧波的補(bǔ)償；(5)不存在過載問題，當(dāng)系統(tǒng)中諧波較大時(shí)，裝置仍可運(yùn)行，無需斷開。由以上可看出，有源電力濾波器克服了無源濾波器的缺點(diǎn)，具有良好的調(diào)節(jié)性能，本來應(yīng)該有很大的發(fā)展前途，但其缺點(diǎn)是由于功率電子元件容量做不大、電壓做不高，成本很高，元件容易燒壞，可靠性不高，因此在現(xiàn)階段不可能大量推廣應(yīng)用。我國(guó)的有源濾波技術(shù)還處在研究試驗(yàn)階段，工業(yè)應(yīng)用上只有少數(shù)樣機(jī)投入運(yùn)行，這與我國(guó)目前諧波污染日益嚴(yán)重的狀況很不適應(yīng)。隨著我國(guó)電能質(zhì)量治理工作的深入開展，利用有源濾波進(jìn)行諧波治理將會(huì)具有巨大的市場(chǎng)應(yīng)用潛力，但現(xiàn)有有源濾波技術(shù)的高成本、低可靠性成為其發(fā)展的瓶頸。三、技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有源濾波效果那么好，市場(chǎng)應(yīng)用潛力又非常巨大，但高成本技術(shù)瓶頸又那么難克服，由此我們?cè)O(shè)想能不能用一種簡(jiǎn)單的技術(shù)代替。首先我們想到，有源濾波的原理其實(shí)就是人工制造一個(gè)諧波發(fā)生器，其產(chǎn)生的諧波與自然諧波一模一樣，只不過各次諧波相位相反而已。由此我們?cè)O(shè)想，既然諧波已經(jīng)存在于電網(wǎng)上，與其人工制造，不如直接把電網(wǎng)的諧波提取出來，把相位變反后，再注入電網(wǎng)，不就達(dá)到同樣效果？本發(fā)明的目的，就是發(fā)明一種不用逆變、技術(shù)實(shí)用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、濾波效果復(fù)蓋電力全頻譜諧波的有源濾波器，代替現(xiàn)有價(jià)格昂貴、技術(shù)復(fù)雜、無法推廣的逆變式有源濾波器。為了實(shí)現(xiàn)有源濾波，最重要的工作就是如何從電網(wǎng)中把全頻譜(多達(dá)幾百次以上)的純諧波電壓分離出來，反相后送回電網(wǎng)以抵消原有自然諧波。本發(fā)明原理：由LC串聯(lián)電路構(gòu)成(參考圖4)，經(jīng)理論分析和實(shí)際試驗(yàn)，在LC串聯(lián)電路中，根據(jù)L、C的頻率特性，適當(dāng)選擇LC的參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)電容器C主要承接低頻率基波的電壓降、電感器L主要承接高頻率諧波的電壓降，從而實(shí)現(xiàn)全頻譜純諧波與基波的分離。本發(fā)明實(shí)際電路參考圖7：圖7中，由諧波變壓器XBa初級(jí)線圈XBa-1和電容器Ca構(gòu)成LC串聯(lián)諧波分離電路。分離純諧波的方法，是利用電感器的感抗與頻率成正比、電容器的容抗與頻率成反比的特性，把含有諧波的非正弦波電壓Ua加在LC串聯(lián)電路上，就能在電感L即諧波變壓器的初級(jí)線圈XBa-1上分離出高頻率的純諧波電壓Ux，在電容器Ca上分離出低頻率的基波電壓Uc；由于線圈XBa-1、XBa-2互為反向連接，使基波電流I1、I2在諧波變壓器內(nèi)產(chǎn)生的磁通量互相對(duì)消，兩線圈的工頻電抗為零，兩線圈對(duì)基波呈現(xiàn)零壓降，基波電壓就全部降落在電容Ca上，從而達(dá)到純諧波與基波的完全分離。純諧波電壓Ux經(jīng)諧波變壓器XBa的次級(jí)線圈XBa-2變換為反相純諧波電壓U′x，此反相電壓與電容器電壓Uc疊加后，成為新的非正弦波電壓，由于其波形包含反相諧波電壓，根據(jù)電力有源濾波原理，將此合成非正弦波電壓注入電網(wǎng)中，就能抵消原有諧波，實(shí)現(xiàn)全頻譜電力有源濾波的目的。諧波變壓器XBa是一個(gè)雙線圈變壓器，其初級(jí)線圈XBa-1上端頭與諧波隔離阻抗LZa的左端頭連接，次級(jí)線圈XBa-2上端頭與諧波隔離阻抗LZa的右端頭連接；兩個(gè)線圈的下端頭與電容器Ca的上端頭連接，電容器Ca的下端頭與用戶配電變壓器BH的零線連接；諧波隔離阻抗LZa的左端頭與用戶配電變壓器BH低壓側(cè)的a相端頭連接，其右端頭與諧波負(fù)載a相連接。四、附圖說明1、圖1是純諧波合成原理波形圖；2、圖2是非正弦波(基波被諧波污染)合成原理波形圖；3、圖3是純諧波與反相純諧波波形圖；4、圖4是LC串聯(lián)諧波分離電路工作原理圖；5、圖5是LC串聯(lián)諧波分離電路實(shí)驗(yàn)時(shí)電源電壓(U)波形頻譜圖；6、圖6是LC串聯(lián)諧波分離電路實(shí)驗(yàn)時(shí)電感電壓(UL)波形頻譜圖；7、圖7是LC串聯(lián)諧波分離電路構(gòu)成的三相全頻譜電力有源濾波器實(shí)施例原理圖。五、具體實(shí)施方式1、諧波合成原理(見圖1、圖2)根據(jù)電工基礎(chǔ)，分析計(jì)算非正弦畸變波形的方法是傅立葉級(jí)數(shù)原理和重迭原理。一個(gè)周期為T的非正弦波f(ωt)用傅立葉級(jí)數(shù)展開后的數(shù)學(xué)表達(dá)式(設(shè)常量和初相位為0)：f(ωt)＝U1msin(ωt)+(U2msin(2ωt)+U3msin(3ωt)+U4msin(4ωt)+………)(1)上式右邊第一項(xiàng)為基波分量，第二項(xiàng)以上全部用括弧括起來，這部分為純粹諧波分量。由于不同頻率的正弦量不能用向量圖進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算，只能用解析式進(jìn)行疊加，因此諧波與基波的合成分解可以用很單純的加減方式進(jìn)行。(1)式可用語(yǔ)言表達(dá)為：非正弦波的周期量可分解成基波分量和具有基波頻率整數(shù)倍的諧波分量。這就是著名的傅立葉級(jí)數(shù)原理。這句話可簡(jiǎn)化為：非正弦波＝基波+純諧波(2)(2)式揭示了：非正弦波是由基波與純諧波疊加而成，這就是諧波合成理論依據(jù)。由(2)式得：純諧波＝非正弦波-基波(3)(3)式揭示了：純諧波可由非正弦波與基波相減而得，這就是諧波可分離的理論依據(jù)。人們要問：諧波有千千萬萬個(gè)不同頻率，千千萬萬個(gè)不同值，能用一個(gè)值來代替嗎？回答是：能。這里要用到物理學(xué)中波的疊加原理：在幾列波相遇的區(qū)域內(nèi)，任一點(diǎn)的振動(dòng)，為各個(gè)波單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)的合成。這個(gè)原理說白了就是：千千萬萬不同頻率的波，疊加后成為單獨(dú)的一個(gè)波。基波與所有諧波都是交流電磁波，也遵循波的疊加原理，所以電網(wǎng)上用示波器你只能看見一個(gè)非正弦波。非正弦波中除基波外還含有一個(gè)單獨(dú)的純諧波值，這個(gè)值是所有諧波的疊加值。不過，這個(gè)純諧波也不是直接可見的，因?yàn)楦鶕?jù)疊加原理它已經(jīng)與基波融合在一起了，要從非正弦波中分離出純諧波，根據(jù)(3)式只需減去一個(gè)基波即可，應(yīng)該是很簡(jiǎn)單的事。純諧波的合成：圖1示出了3、5、7、9次諧波是如何合成純諧波的。圖1中，同一時(shí)刻的3、5、7、9次諧波瞬時(shí)值相加，就得到新的曲線——純諧波曲線。圖1中純諧波的表達(dá)式：f(ωt)＝0.3Usin(3ωt)+0.2Usin(5ωt)+0.15Usin(7ωt)+0.1Usin(9ωt)(5)式中：f(ωt)--------------純諧波；U-----------------基波電壓值。純諧波是所有各次諧波疊加的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果在電網(wǎng)上是不能直接測(cè)量顯示的，因?yàn)樗呀?jīng)與基波融合在一起，但全頻譜有源濾波器可以將此純諧波分離并顯示出來。非正弦波合成：圖2是純諧波污染基波、使之成為非正弦波的曲線圖。圖2中，同一瞬間純諧波值與基波值相加，就成為新曲線，這就是非正弦波。非正弦波表達(dá)式：f(ωt)＝Usin(ωt)+(0.3Usin(3ωt)+0.2Usin(5ωt)+0.15Usin(7ωt)+0.1Usin(9ωt))(6)(6)式也是(2)式的諧波畸變率數(shù)學(xué)表達(dá)式。反相純諧波的生成：有源濾波需要反相純諧波，反相純諧波的生成只需將純諧波用變壓器反相就可以得到，即：反相純諧波＝-純諧波反相純諧波見圖3，圖3中一條曲線是純諧波，另一條曲線是反相純諧波，由圖3可見，純諧波與反相純諧波的相位是精準(zhǔn)相差180°的，即二者之間是沒有相位延遲的。2、諧波分離原理全頻譜有源濾波的關(guān)鍵是分離出純諧波，能用傳統(tǒng)元件對(duì)電網(wǎng)上的所有諧波進(jìn)行直接分離嗎？經(jīng)過理論分析與實(shí)際試驗(yàn)，終于發(fā)明了用很簡(jiǎn)單的線路與傳統(tǒng)元件就能實(shí)現(xiàn)純諧波的完美分離的方法——LC串聯(lián)諧波分離法。為了說明LC串聯(lián)諧波分離法，首先從上面導(dǎo)出的公式(2)入手：非正弦波＝基波+純諧波此式說明，非正弦波其實(shí)由兩個(gè)波疊加而成：一個(gè)是基波，一個(gè)是純諧波。所謂波的疊加，其本質(zhì)就是相當(dāng)于不同頻率電壓的串聯(lián)。由此我們就想：能不能用LC串聯(lián)電路來分離基波與純諧波？比如利用L、C對(duì)頻率敏感的電抗特性、電感線圈電流相反時(shí)磁通量會(huì)互相對(duì)消的磁特性，讓頻率最低的基波電壓全部降落在電容C上，讓高頻率的純諧波全部降落在電感L上。為了從理論上說明LC串聯(lián)諧波分離法，必須簡(jiǎn)單回顧一下中高等學(xué)校教科書《電工基礎(chǔ)》對(duì)LC串聯(lián)電路的分析。圖4是LC串聯(lián)電路圖，圖4中的U是交流電源電壓；UL是電感L的電壓降；UC是電容C的電壓降，由于電感電容上的電壓相位相反，所以：U＝UL-UC(7)根據(jù)上式，如果UL或UC不為零，則其中必有一個(gè)大于電源電壓。電感L的阻抗(感抗)計(jì)算公式：ZL＝2πfL式中：f-頻率，L-電感量電容C的阻抗(容抗)計(jì)算公式：ZC＝1/2πfC式中：f-頻率，C-電容量LC串聯(lián)電路總電抗：Z＝ZL-ZC當(dāng)ZL＝ZC時(shí)，電路發(fā)生諧振，此時(shí)電路對(duì)諧振頻率的交流電壓阻抗最小，理論上為零。以上是《電工基礎(chǔ)》對(duì)工頻狀態(tài)下LC串聯(lián)電路特性的基本分析，以下我們根據(jù)L、C的特性，分析在諧波狀態(tài)下L、C各自對(duì)諧波的反應(yīng)：(1)、LC串聯(lián)電路中，電感L的阻抗根據(jù)公式：ZL＝2πfL計(jì)算，當(dāng)電感量L不變時(shí)，感抗與頻率成正比，即頻率越高，感抗越大。(2)、LC串聯(lián)電路中，電容C的阻抗根據(jù)公式：ZC＝1/2πfC計(jì)算，當(dāng)電容量不變時(shí)，容抗與頻率成反比，即頻率越高，容抗越小。根據(jù)上面兩點(diǎn)分析結(jié)果，得出以下結(jié)論：LC串聯(lián)電路中如果電感L比較小，則低頻感抗小，低頻率的基波電壓降也小，基波絕大部分都降落在電容C上。LC串聯(lián)電路中如果電容C比較大，則高頻容抗小，高頻率的諧波相當(dāng)于被電容C短路，諧波電壓就幾乎全部降落在電感L上。這樣，高頻率的純諧波就能從電感L上分離出來了，這就是LC串聯(lián)電路分離純諧波的基本原理。LC串聯(lián)電路能不能分離諧波，我們用圖4電路圖為例通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)置圖4參數(shù)：U＝230V，UL＝30V，UC＝260V，C＝80微法，L＝15毫亨。在實(shí)驗(yàn)前我們先熟悉一個(gè)重要的諧波指標(biāo)——諧波畸變率，以百分比表示。它以基波電壓為標(biāo)準(zhǔn)(100％)，如果基波電壓為100V，某次諧波電壓為20V，則該次諧波畸變率為20％(以下簡(jiǎn)稱諧波率)。一般諧波次數(shù)從2次至數(shù)百次，則總諧波率(THD)為各次諧波率的均方根值。做諧波試驗(yàn)，必須有一個(gè)諧波源，這里我們用電動(dòng)機(jī)做諧波源，電動(dòng)機(jī)并聯(lián)接在電源U上。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行后就會(huì)在電源電壓U上產(chǎn)生諧波，其諧波主要以三次諧波為主，諧波次數(shù)不是很多。試驗(yàn)儀器主要是頻譜儀，它能同時(shí)顯示電壓波形和進(jìn)行頻譜分析，頻譜分析儀能測(cè)量電壓的總諧波率(THD)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果在圖5、圖6中顯示出來。圖5顯示的是電源電壓U的波形頻譜圖，從圖5可見，電源電壓U的總諧波率THD＝3.5365％。圖6顯示的是電感線圈電壓UL的波形頻譜圖，從圖6可見，電感線圈電壓UL的總諧波率THD＝112.8062％。從圖5“示波器”可以看出，電源電壓U的波形基本沒有變形，諧波分量很少，波形基本上還是正弦波。從圖6“示波器”可以看出，電感線圈電壓UL波形已經(jīng)完全變形，諧波分量超過了基波分量，已經(jīng)看不到正弦波的影子。從圖6“頻譜分析儀”看到：電感L已經(jīng)將電源電壓U中的所有奇次諧波(3-19次)分離出來了，成為諧波電壓UL。從圖5圖6的總諧波率(THD)比較可以知道，電感電壓UL的諧波率是電源電壓U的諧波率的32倍！由此可見，電路的諧波電壓基本完全降落在電感L上了。該實(shí)驗(yàn)證明；LC串聯(lián)電路完全能分離出電網(wǎng)上的全頻譜純諧波。圖4所示LC串聯(lián)諧波分離原理圖是單相的，而實(shí)際電網(wǎng)是三相的，會(huì)不會(huì)有些次數(shù)的諧波只存在于線電壓而不存在于相電壓中？不會(huì)的，因?yàn)橹C波雖有正序、負(fù)序、零序之分，但每種序列都有相電壓，因此本發(fā)明的諧波分離原理不會(huì)漏掉任何次數(shù)的諧波。3、全頻譜有源濾波器實(shí)際接線與濾波試驗(yàn)三相新結(jié)構(gòu)全頻譜電力有源濾波器原理如圖7所示，圖7中實(shí)線框內(nèi)部分是用戶的設(shè)備，虛線框內(nèi)的設(shè)備是本發(fā)明所用到的設(shè)備。圖7是三相系統(tǒng)，其中只示出了A相的線路圖，其余B、C相相同。圖7中屬于用戶的設(shè)備：BH——用戶三相配電變壓器；諧波負(fù)載。圖7中屬于本發(fā)明的實(shí)體部件、電氣變量：實(shí)體部件：LZa——A相諧波隔離阻抗器。因?yàn)橹C波是從電網(wǎng)線路上分離提取，又要反相注入同一線路，因此諧波的輸入、輸出端必須用電抗器隔離。XBa——A相諧波變壓器，是本發(fā)明中最重要的部件之一，其作用有三：1、通過初級(jí)線圈XBa-1與電容Ca組成LC串聯(lián)諧波分離電路，將非正弦波電壓Ua中的純諧波電壓Ux分離出來；2、通過次級(jí)線圈XBa-2將線圈XBa-1分離出來的純諧波電壓Ux進(jìn)行反相，成為反相純諧波電壓U′x，并返送回電網(wǎng)，以抵消原來的自然諧波，從而實(shí)現(xiàn)有源濾波；3、由于線圈XBa-1、XBa-2互為反向連接，使基波電流I1、I2在諧波變壓器內(nèi)產(chǎn)生的磁通量互相對(duì)消，使兩線圈的工頻電抗為零，兩線圈對(duì)基波呈現(xiàn)零壓降，基波就全部降落在電容Ca上了。Ca——A相電容器。與諧波變壓器線圈XBa-1組成LC串聯(lián)諧波分離器，并為XBa-2感生的反相純諧波電壓U′x提供接入電網(wǎng)所需的基波電壓平臺(tái)。電氣變量：Ua——電源a相電壓，接有諧波負(fù)載，Ua中除基波外，還包含諧波，是一個(gè)非正弦波。Uc——電容器電壓。I1、I2——分別通過諧波變壓器線圈XBa-1、XBa-2和電容器Ca的兩路同方向基波電流。Ux、U′x——分離出來的純諧波電壓和感應(yīng)產(chǎn)生的反相純諧波電壓，兩電壓方向相反。電路連接圖7中諧波隔離阻抗LZa線圈串聯(lián)在低壓電網(wǎng)線路上，必須能夠承受線路可能出現(xiàn)的最大負(fù)載電流。諧波變壓器XBa是一個(gè)雙線圈變壓器，其初級(jí)線圈XBa-1上端頭(同名端)與諧波隔離阻抗LZa的左端頭連接，次級(jí)線圈XBa-2上端頭(異名端)與諧波隔離阻抗LZa的右端頭連接；兩個(gè)線圈的下端頭與電容器Ca的上端頭連接，電容器Ca的下端頭與用戶配電變壓器BH的零線連接；諧波隔離阻抗LZa的左端頭與用戶配電變壓器BH低壓側(cè)的a相端頭連接，諧波隔離阻抗LZa的右端頭與諧波負(fù)載a相連接。本發(fā)明線路的連接形成了兩個(gè)環(huán)形回路：純諧波分離回路與反相純諧波濾波回路。純諧波分離回路：配電變壓器BH低壓a相線圈端頭→諧波變壓器初級(jí)線圈XBa-1的上端頭→諧波變壓器初級(jí)線圈XBa-1的下端頭→電容器Ca上端頭→電容器Ca下端頭→配電變壓器BH的零線→配電變壓器BH低壓a相線圈。反相純諧波濾波回路：諧波負(fù)載a相端頭→諧波變壓器次級(jí)線圈XBa-2的上端頭→諧波變壓器次級(jí)線圈XBa-2的下端頭→電容器Ca上端頭→電容器Ca下端頭→諧波負(fù)載的零線→諧波負(fù)載a相。工作過程：諧波變壓器XBa的作用：這個(gè)變壓器的工作原理與作用上面已經(jīng)作了詳細(xì)論述。本發(fā)明工作過程：參看圖7，10KV高壓電網(wǎng)向用戶配電變壓器BH供電，其低壓側(cè)就產(chǎn)生相電壓Ua。當(dāng)用戶接上諧波負(fù)載后，就產(chǎn)生各種頻率的諧波電壓和流向用戶配電變壓器的諧波電流，低壓電網(wǎng)原來純正的正弦波電壓Ua就被污染而成為非正弦波，Ua中就包含了基波電壓與純諧波電壓。諧波變壓器的初級(jí)線圈XBa-1的同名端(上端頭)與用戶配電變壓器的a相電壓Ua相連、同時(shí)與隔離阻抗LZa左端頭相連。初級(jí)線圈XBa-1的異名端(下端頭)與電容Ca相連，組成LC串聯(lián)諧波分離電路，于是在初級(jí)線圈XBa-1上就能分離出純諧波電壓Ux。諧波變壓器初級(jí)線圈XBa-1分離出來的純諧波電壓Ux，在諧波變壓器的次級(jí)線圈XBa-2上會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生反相純諧波電壓U′x，這個(gè)純諧波電壓與電容Ca上的基波電壓Uc疊加后，合成為新的反相非正弦波電壓，這個(gè)合成電壓注入負(fù)載側(cè)電網(wǎng)中，就能抵消諧波負(fù)載產(chǎn)生的原始自然諧波。由于反相諧波對(duì)原始自然諧波有強(qiáng)烈對(duì)消作用，就能將電網(wǎng)上的諧波消滅得干干凈凈，這就起到了有源濾波作用。以上就是本發(fā)明的完整工作原理。本發(fā)明實(shí)施例容量為70KVA，實(shí)施例工作原理圖見圖7。具體實(shí)施時(shí)各部件參數(shù)和儀器：諧波隔離阻抗LZa：壓降＝10V，功率＝1KVA；諧波變壓器XBa：變比12V∶12V，功率＝1KVA；電容器Ca：300微法/240V；電源電壓：400/230V，三相四線；測(cè)量?jī)x器：頻譜儀。具體實(shí)施時(shí)用到的諧波負(fù)載：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：15KW/380V；可控硅調(diào)壓電爐：1500W/220V；電磁爐：2100W/220V；實(shí)施例測(cè)試結(jié)果如下表所示：按實(shí)施例接線，用頻譜儀測(cè)量各種負(fù)載情況下總諧波畸變率(THD)及濾波效率列表：從有關(guān)資料知道，現(xiàn)有逆變式有源濾波器的平均濾波效率在80％左右，最高的也只是達(dá)到90％左右。而本發(fā)明從實(shí)施例的測(cè)試結(jié)果可以看到，平均濾波效率達(dá)到98.76％，最高達(dá)到99.4％，從而證明本發(fā)明的技術(shù)指標(biāo)比現(xiàn)有逆變式有源濾波器高。六、與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：1、高技術(shù)指標(biāo)：全頻譜濾波，諧波次數(shù)無限制；現(xiàn)有技術(shù)只能濾除有限次諧波。反相諧波相位延遲時(shí)間為零；現(xiàn)有技術(shù)反相諧波相位延遲時(shí)間總大于零。動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間為零，適合諧波劇烈變動(dòng)的用戶；現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)時(shí)間總大于零。濾波效率平均達(dá)到98.76％，最高達(dá)到99.4％；濾波效率比現(xiàn)有技術(shù)高10個(gè)百分點(diǎn)。2、高度節(jié)能：傳統(tǒng)LC部件，不諧振，不逆變，不產(chǎn)生新諧波，消耗功率很少，很節(jié)能；3、通用性強(qiáng)：適合各種阻抗的用戶電網(wǎng)，濾波效果不受用戶系統(tǒng)參數(shù)影響，通用性很強(qiáng)；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：主要部件是諧波變壓器和電容器，完成諧波分離、反相、注入三項(xiàng)工作；5、低成本：現(xiàn)有有源濾波器由于成本很高，應(yīng)用很少，而本發(fā)明有源濾波器成本特低，成本與普通低壓配電盤持平，任何單位用戶都用得起，可以廣泛推廣使用。6、容量不限：現(xiàn)有有源濾波器受器件限制，容量難做大，而本發(fā)明不受容量限制；7、電壓不限：可以適用于0.4-35KV電壓等級(jí)的用戶；8、高可靠性：對(duì)瞬變電壓電流不敏感，沒有容易燒壞的零件，因此運(yùn)行可靠性很高；9、長(zhǎng)壽命：由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只用傳統(tǒng)變壓器與電容器，沒有易損件，因此壽命很長(zhǎng)。10、低環(huán)境要求：工作環(huán)境要求不高?？梢怨ぷ饔谝话愎S環(huán)境；11、免維護(hù)：由于沒有使用高技術(shù)，運(yùn)行中幾乎不用維護(hù)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3