帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，多級有源電力濾波器相互并聯(lián)，它們通過一個(gè)空心線圈傳感器檢測電網(wǎng)中的非線性負(fù)載的負(fù)載電流，任意一級有源電力濾波器均從該負(fù)載電流中提取一個(gè)或多個(gè)預(yù)設(shè)抑制信號值，從而多級有源電力濾波器共同產(chǎn)生與預(yù)設(shè)抑制信號值大小相等相位相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，抵消非線性負(fù)載的諧波電流，使電源側(cè)電流更接近正弦波，從而改善電能質(zhì)量。
【專利說明】
帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明主要涉及消除非線性負(fù)載諧波的電力裝置，確切地說，是采用了多級有源 電力濾波器或者靜止無功發(fā)生器SVG等類型的電力電子設(shè)備，在任意一級有源電力濾波器 單獨(dú)進(jìn)行檢修或停運(yùn)時(shí)可保障其余的有源電力濾波器的正常運(yùn)作。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種有著不同負(fù)載特性的家用電器大規(guī)模的進(jìn)入 我們的生活，與之相伴的是，一些非線性負(fù)載例如逆變器、整流器和各種開關(guān)電源得到廣泛 的應(yīng)用，由此產(chǎn)生的諧波對供電電網(wǎng)的危害也日趨嚴(yán)重。電力電子器件開關(guān)動作時(shí)向電網(wǎng) 注入了大量的諧波，使電網(wǎng)中的預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)正弦電流和電壓波形嚴(yán)重失真。由于存在著各種 對電能質(zhì)量相對敏感的設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)設(shè)備及空調(diào)、冰箱、電視等家用電器設(shè)備的大量使 用，對電能質(zhì)量的要求也越來越高。由諧波引發(fā)的各類電力故障和事故頻發(fā)，無論是對生產(chǎn) 生活還是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)都產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響。所以對諧波的研究和治理逐步開始引起 人們的廣泛關(guān)注，諧波的管理、分析和治理被擺到了十分重要的地位。諧波問題包括諧波分 析、諧波檢測和諧波抑制等方面，有效抑制諧波已經(jīng)成為保證電網(wǎng)安全、高質(zhì)量運(yùn)行的必要 措施之一。解決諧波主要途徑大致有兩種:一是對電力電子設(shè)備自身進(jìn)行改進(jìn);二是對電網(wǎng) 進(jìn)行諧波補(bǔ)償。本申請主要研究方向就是對電網(wǎng)進(jìn)行諧波補(bǔ)償。
[0003] 在理想的干凈供電系統(tǒng)中，電流和電壓都是正弦波的。在只含電阻、電感及電容等 線性元件的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。用傅立葉 分析能夠把非正弦曲線信號分解成基本部分和它的倍數(shù)。諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線 性負(fù)載所導(dǎo)致的。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓呈現(xiàn)非線性關(guān)系，形成非正弦電流即有 諧波產(chǎn)生。由于半導(dǎo)體晶閘管的開關(guān)操作和二極管、半導(dǎo)體晶閘管的非線性特性，電力系統(tǒng) 的某些設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器可能會產(chǎn)生比較大的背離正弦曲線的波形。在供電網(wǎng)絡(luò)阻抗下這 樣的非正弦曲線電流導(dǎo)致一個(gè)非正弦曲線的電壓降。在供電網(wǎng)絡(luò)阻抗下產(chǎn)生諧波電壓的振 幅等于相應(yīng)諧波電流和對應(yīng)于該電流頻率的供電網(wǎng)絡(luò)阻抗Z的乘積。有諧波源的地方就有 諧波。也有可能，諧波分量通過供電網(wǎng)絡(luò)到達(dá)用戶。例如供電網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)用戶廠家的運(yùn)轉(zhuǎn)可 能被相鄰的另一個(gè)用戶設(shè)備產(chǎn)生的諧波所干擾。所有的非線性負(fù)載都能產(chǎn)生諧波電流，產(chǎn) 生諧波的典型設(shè)備有:開關(guān)模式下的電源(SMPS)、電子熒火燈鎮(zhèn)流器、調(diào)速傳動裝置、不間 斷電源(UPS)、磁性鐵芯設(shè)備及某些家用電器如電視機(jī)等。
[0004] 諧波的治理主要有兩條途徑:一是主動治理，即從諧波源本身出發(fā)，使諧波源不產(chǎn) 生諧波或降低諧波源產(chǎn)生的諧波，這只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置，如有源功 率因數(shù)校正技術(shù)和PWM整流技術(shù);二是被動治理，即設(shè)置諧波補(bǔ)償裝置，抵消諧波源注入電 網(wǎng)的諧波，如各種無源、有源濾波器，這對各種諧波源都適用。
[0005] 電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)的補(bǔ)償諧波和無功的裝置是LC無源電力濾波器，但由于結(jié)構(gòu)原理 上的原因，LC無源電力濾波器存在著濾波補(bǔ)償特性依賴于電網(wǎng)和負(fù)載參數(shù)、LC參數(shù)的漂移 會導(dǎo)致濾波特性的改變、具有負(fù)的電壓調(diào)整效應(yīng)、重量大、體積大和容易同系統(tǒng)發(fā)生諧振的 缺點(diǎn)。由于無源電力濾波裝置存在著許多的缺點(diǎn)和不足之處，為了解決這些問題，人們開始 對有源電力濾波技術(shù)進(jìn)行探討。有源電力濾波器是一種動態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無功的電力電 子裝置，它能對頻率和大小都變化的諧波和無功進(jìn)行補(bǔ)償，可以彌補(bǔ)無源濾波器的缺點(diǎn)，獲 得比無源濾波器更好的補(bǔ)償特性，是一種理想的諧波補(bǔ)償裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在本發(fā)明公開的一個(gè)可選實(shí)施例中，提供了一種帶有多級有源電力濾波器的諧波 抑制系統(tǒng)，多級有源電力濾波器以分別單獨(dú)從同一個(gè)空心線圈傳感器檢測同一電網(wǎng)中的電 流信息的方式并聯(lián)設(shè)置，任意一級有源電力濾波器均從電流信息中提取預(yù)設(shè)抑制信號，從 而多級有源電力濾波器共同產(chǎn)生與預(yù)設(shè)抑制信號大小相等相位相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)。
[0007] 上述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，所述電流信息為電網(wǎng)中非線性 負(fù)載的負(fù)載電流信息或者是電源側(cè)的電流量信息。
[0008] 上述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，設(shè)定總共有N級有源電力濾波 器并聯(lián)，N為大于零的自然數(shù)，每一級有源電力濾波器均擷取預(yù)設(shè)抑制信號大小值的N分之 一予以反極性后作為指令信號，并產(chǎn)生實(shí)時(shí)跟蹤該指令信號的單級補(bǔ)償電流Ic，其中單級 補(bǔ)償電流Ic和抑制信號大小值的N分之一大小相同但相位相反，從而N級有源電力濾波器合 計(jì)注入電網(wǎng)的總補(bǔ)償電流為NX Ic。
[0009] 上述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，所述預(yù)設(shè)抑制信號是電源側(cè)電 流量中的諧波分量或是負(fù)載電流信息中的諧波分量。
[0010] 上述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，該空心線圈傳感器包括環(huán)形繞 組線圈，被測的電流沿軸線通過該環(huán)形繞組線圈的中心。
[0011] 上述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，所述空心線圈傳感器包括一個(gè) 用于將環(huán)形繞組線圈的感應(yīng)電壓進(jìn)行放大的放大電路。
[0012] 上述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，每一級有源電力濾波器均包括 將所述放大電路的模擬輸出量以模擬信號的方式予以接收的接收電路，并產(chǎn)生用于表征該 電流信息的電壓信號。
[0013] 上述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，所述放大電路包括第一、第二 運(yùn)算放大器，該環(huán)形繞組線圈的兩端對應(yīng)分別耦合到第一、第二運(yùn)算放大器各自的正相輸 入端;在第一、第二運(yùn)算放大器各自的反相輸入端之間連接有第一電阻，以及在第一運(yùn)算放 大器的反相輸入端和輸出端之間連接有第二電阻，和在第二運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸 出端之間連接有第二電阻，藉此在第一、第二運(yùn)算放大器各自的輸出端之間形成所述感應(yīng) 電壓的差分放大信號。
[0014] 上述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，所述放大電路還包括一組或多 組相互串聯(lián)的第三電阻和開關(guān)器件，每一組串聯(lián)的第三電阻和開關(guān)器件均連接在第一、第 二運(yùn)算放大器各自的反相輸入端之間；需要增加所述放大電路的放大倍數(shù)時(shí)，接通一個(gè)或 多個(gè)開關(guān)器件以將一個(gè)或多個(gè)該第三電阻和第一電阻予以并聯(lián);或者需要降低所述放大電 路的放大倍數(shù)時(shí)，斷開一個(gè)或多個(gè)開關(guān)器件以將一個(gè)或多個(gè)和第一電阻并聯(lián)的第三電阻從 所述放大電路中浮置。
[0015] 上述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，所述接收電路包括第三運(yùn)算放 大器，所述放大電路輸出的差分放大信號通過電阻耦合到該第三運(yùn)算放大器的正相和反相 輸入端，并在第三運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間連接有反饋電阻，因此第三運(yùn)算 放大器將該差分放大信號轉(zhuǎn)為單端電壓信號。
[0016] 上述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，接收電路還包括前后級實(shí)現(xiàn)電 氣隔離的光耦合模塊和第四運(yùn)算放大器;光耦合模塊輸出跟隨該單端電壓信號線性變化的 線性電流，第四運(yùn)算放大器正相輸入端接地且在它的反相輸入端和輸出間連接有電阻，由 第四運(yùn)算放大器將該線性電流轉(zhuǎn)換成其輸出端的與該單端電壓信號成線性關(guān)系的電壓信 號。
[0017] 上述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，多級有源電力濾波器APF1~ APFN中的每一個(gè)APF獨(dú)自產(chǎn)生為1。的單級補(bǔ)償電流，最終多級電力濾波器APF1~APFN共同 產(chǎn)生與預(yù)設(shè)抑制信號值Ifrter大小相等、相位相反的補(bǔ)償電流(NX IC)注入電網(wǎng)，抵消非線 性負(fù)載的諧波電流成分，使電源側(cè)電流更接近正弦波來改善電能質(zhì)量。所述的空心線圈傳 感器中環(huán)形繞組線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓是不危及人身安全的弱電而非強(qiáng)電，并且通過放大電 路和積分電路產(chǎn)生表征了負(fù)載電流值大小的電壓信號也是弱電，并且當(dāng)任意一級有源電力 濾波器從電網(wǎng)上卸載分離時(shí)不會產(chǎn)生負(fù)面的電弧，而且空心線圈傳感器的線圈無磁滯效 應(yīng)，也沒有相位誤差和磁飽和現(xiàn)象，其響應(yīng)的頻帶寬度較寬，幾乎能檢測諧波中的各種高頻 成分。與帶有鐵磁性材料的電流電壓感測器相比，空心線圈或稱羅氏線圈的測量范圍更寬 而且精度更高，更符合安規(guī)和環(huán)保要求。
【附圖說明】
[0018] 閱讀以下詳細(xì)說明并參照以下附圖之后，本發(fā)明的特征和優(yōu)勢將顯而易見：
[0019] 圖1是有源電力濾波器檢測非線性負(fù)載電流后產(chǎn)生補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)。
[0020] 圖2是多級有源電力濾波器串聯(lián)產(chǎn)生補(bǔ)償電流后注入電網(wǎng)。
[0021] 圖3是用于檢測非線性負(fù)載電流的一種感應(yīng)式空心線圈傳感器。
[0022] 圖4是與空心線圈傳感器配合使用的放大器和積分器。
[0023]圖5是多級有源電力濾波器并聯(lián)產(chǎn)生補(bǔ)償電流后注入電網(wǎng)。
[0024] 圖6是空心線圈傳感器的響應(yīng)頻帶具有較大的寬度的示意圖。
[0025] 圖7是空心線圈傳感器的放大電路傳遞模擬量信號給APF的接收電路。
[0026] 圖8是差分式放大電路的一種可選方案。
[0027]圖9是差分放大信號由雙端轉(zhuǎn)單端的電路結(jié)構(gòu)。
[0028]圖10是和圖5的開環(huán)式檢測方法相對的另一種閉環(huán)式檢測方法。
【具體實(shí)施方式】
[0029]參見圖1，有源電力濾波器APF主要包括有兩大部分:指令電流運(yùn)算模塊102和補(bǔ)償 電流發(fā)生電路，其中補(bǔ)償電流發(fā)生電路又細(xì)分為至少包括電流跟蹤控制模塊103和驅(qū)動電 路104以及主電路105。有源電力濾波器大體上可分為單相和三相兩種，三相系統(tǒng)又分為三 相三線制和三相四線制，本申請后文暫時(shí)以三相三線作為范例來闡明本申請的發(fā)明精神。 圖1表示了交流三相電源Esa和Esb及E SC，通過電網(wǎng)傳遞電源到負(fù)載110,負(fù)載110-般是非線 性負(fù)載也是諧波源和補(bǔ)償對象。
[0030] 參見圖1，主電路105中開關(guān)組S1~S2和開關(guān)組S3~S4和開關(guān)組S5~S6這三組開關(guān) 相互并聯(lián)，此外任意一個(gè)單獨(dú)的開關(guān)組S1~S2或S3~S4或S5~S6還分別和一個(gè)直流電壓Udc 并聯(lián)。開關(guān)管可以是IGBT或M0SFET或BJT或GT0晶閘管等。在第一組的兩個(gè)開關(guān)S1~S2之間 的連接點(diǎn)a和提供電源Esa的一相電網(wǎng)支路之間連接有電感L，注入給該電網(wǎng)的補(bǔ)償電流是 Ica。第二組的兩個(gè)開關(guān)S3~S4之間的連接點(diǎn)b和提供Esb的一相電網(wǎng)支路之間連接有電感L， 注入給該電網(wǎng)的補(bǔ)償電流是Icb。以及第三組的兩個(gè)開關(guān)S5~S6之間的連接點(diǎn)c和提供Esc的 一相電網(wǎng)支路之間連接有電感L，注入給該電網(wǎng)的補(bǔ)償電流是I CC。值得注意的是，在本申請 圖1的主電路105中，開關(guān)S1~S6的元件類型/數(shù)量/具體連接關(guān)系等因素僅僅作為闡釋本申 請發(fā)明精神的一個(gè)范例，實(shí)際上任何能實(shí)現(xiàn)相同功能的主電路/開關(guān)管拓?fù)渚m用于本發(fā) 明和可以替換它，所以這并不表明本發(fā)明的主電路僅僅限制于該特定的拓?fù)漕愋汀?br>[0031] 參見圖1，補(bǔ)償電流實(shí)質(zhì)上是由直流側(cè)電容電壓UDC和交流測的電源電壓差值作用 于交流測的電感L上所產(chǎn)生的，直流側(cè)電容電壓U DC可以是直流電源也可以是儲能電容提供 的直流電壓，當(dāng)主電路105產(chǎn)生補(bǔ)償電流是作為逆變器使用，如果向直流側(cè)的電容等儲能元 件充電時(shí)則作為整流器。主電路105的運(yùn)行是開關(guān)組S1~S2或S3~S4或S5~S6的接通和關(guān) 斷決定的，通常而言每個(gè)開關(guān)組(S1~S2或S3~S4或S5~S6)中總有一個(gè)開關(guān)是處于導(dǎo)通狀 態(tài)的，而同時(shí)另一個(gè)開關(guān)則是處于關(guān)斷狀態(tài)的。
[0032] 參見圖1，先行假設(shè)三相電源之和滿足ESA+ESB+E SC = 0,根據(jù)電路理論，補(bǔ)償給三相 電網(wǎng)母線各自的補(bǔ)償電流之和滿足Ica+IcB+Icc = 0,假設(shè)Ka和Kb和Kc是根據(jù)開關(guān)狀態(tài)預(yù)先設(shè) 定的開關(guān)系數(shù)，在理想和粗略計(jì)算的狀況下，各相中補(bǔ)償電流和時(shí)間t的微分方程與交流電 源之間還存在以下函數(shù)關(guān)系：
[0033]
[0034]
[0035]
[0036] 為了討論的方便，后文中我們暫時(shí)取其中的一相電網(wǎng)支路Esa作為研究對象，其他 余下幾相電網(wǎng)支路Esb~Esc的運(yùn)作原理也基本類似。參見圖1，有源電力濾波器的基本工作 機(jī)制是，在負(fù)載端由霍爾電流傳感器101對負(fù)載電流II進(jìn)行檢測，并將負(fù)載電流II信息傳輸 給有源電力濾波器。指令電流運(yùn)算模塊102檢測出被補(bǔ)償對象中的例如諧波和無功電流分 量等信息，假定負(fù)載電流II信息中的諧波分量Ilh被檢測出來，其后指令電流運(yùn)算模塊102再 將諧波分量Ilh反極性后作為一個(gè)補(bǔ)償電流的指令信號I*ca。電流跟蹤控制模塊103接收來 自指令電流運(yùn)算模塊102的指令信號1*^后，產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號pmn專輸給驅(qū)動電路 104,進(jìn)一步來讓驅(qū)動能力更強(qiáng)的驅(qū)動電路104來驅(qū)動主電路105中每個(gè)開關(guān)組(S1~S2或S3 ~S4或S5~S6)的開關(guān)狀態(tài)，目的是使得主電路105產(chǎn)生實(shí)時(shí)精確跟蹤指令信號I* CA的補(bǔ)償 電流Ica。如果補(bǔ)償電流Ica和負(fù)載電流II的諧波分量Ilh大小相等但是極性/方向相反，則兩 者相互抵消，使電源Esa提供的電源電流Isa中只含近乎標(biāo)準(zhǔn)的正弦基波電流分量，最終達(dá)到 抑制電源電流中諧波的目的。
[0037] 上文介紹了在第一組兩個(gè)開關(guān)S1~S2之間的連接節(jié)點(diǎn)a和提供電源Esa的一相電網(wǎng) 支路之間連接有電感L，從節(jié)點(diǎn)a通過電感L注入給該電網(wǎng)的補(bǔ)償電流是ICA，現(xiàn)在以主電路 105的a節(jié)點(diǎn)向提供電源Esa的一相電網(wǎng)產(chǎn)生的補(bǔ)償電流ICA來示范有源電力濾波器的補(bǔ)償機(jī) 制。在有源電力濾波器APF的正常運(yùn)作階段，主電路105輸出的補(bǔ)償電流I CA在指令信號I*CA 值的上下浮動，大體上會呈現(xiàn)鋸齒狀來跟隨指令信號I*CA值的變化。
[0038]
[0039]其中式(4)是式（1)的變形，要求補(bǔ)償電流ICA實(shí)時(shí)精確跟蹤指令信號I*CA，則一旦 補(bǔ)償電流Ica發(fā)生任何較之補(bǔ)償電流Ica的偏差時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇接通或關(guān)斷主電路105中的開關(guān) S1~S2來減小這種偏差，并且式中開關(guān)系數(shù)Ka通常可以取一 1/3或一 2/3。當(dāng)補(bǔ)償電流ICA小 于指令信號I*ca，表明了補(bǔ)償電流Ica應(yīng)當(dāng)增加來努力靠近指令信號I*ca，此時(shí)式(4)等式左 邊應(yīng)當(dāng)大于0,也即意味著開關(guān)S1~S2橋臂中的上開關(guān)管S1應(yīng)當(dāng)關(guān)斷而下開關(guān)管S2接通。當(dāng) 補(bǔ)償電流Ica大于指令信號I*ca，表明了補(bǔ)償電流Ica應(yīng)當(dāng)減小來靠近指令信號I*ca，此時(shí)式 (4)等式左邊應(yīng)當(dāng)小于0,意味著開關(guān)S1~S2橋臂中的上開關(guān)管S1應(yīng)當(dāng)接通而下開關(guān)管S2關(guān) 斷。也即實(shí)現(xiàn)以下方案：電流跟蹤控制模塊103接收來自指令電流運(yùn)算模塊102的指令信號 I*ca后，將接收的指令信號I*ca和擷取的實(shí)際補(bǔ)償電流Ica進(jìn)行比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號PWM 傳輸給驅(qū)動電路104,進(jìn)一步讓驅(qū)動能力更強(qiáng)的驅(qū)動電路104來驅(qū)動主電路105中每個(gè)開關(guān) 組(S1~S2或S3~S4或S5~S6)的開關(guān)狀態(tài)，使補(bǔ)償電流I CA實(shí)時(shí)精確跟蹤指令信號I*CA。
[0040] 上文是以補(bǔ)償諧波分量ILH的方式來闡釋整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作過程，在一個(gè)可選但非必 須的實(shí)施例中，如果我們要求有源電力濾波器在補(bǔ)償諧波的同時(shí)，還進(jìn)一步補(bǔ)償負(fù)載的無 功功率，則只要在補(bǔ)償電流I CA的指令信號1*以中增加與負(fù)載的基波無功分量反極性的成 分即可。此時(shí)負(fù)載電流II信息中的諧波分量Ilh與無功分量I LQ被檢測出來，指令電流運(yùn)算模 塊102再將諧波分量Uh與無功分量1^合并反極性后作為一個(gè)補(bǔ)償電流的指令信號I* CA，補(bǔ) 償電流Ica= -（Ilh+Ilq)。從而在整個(gè)電網(wǎng)中補(bǔ)償電流Ica與負(fù)載電流II中的諧波Ilh及無功 Ilq成分相抵消，電源電流Isa最終等于負(fù)載電流的基波有功分量。
[0041] 在另一個(gè)可選實(shí)施例中，有源電力濾波器可以只補(bǔ)償無功功率，此時(shí)補(bǔ)償電流Ica 的指令信號I*ca應(yīng)當(dāng)與負(fù)載電流II信息中的瞬時(shí)無功分量大小相同但是極性相反，也即 滿足補(bǔ)償電流Ica= - Il-q，補(bǔ)償后的電源電流Isa最終等于負(fù)載電流的有功分量。
[0042]在另一個(gè)可選實(shí)施例中，考慮到三相不平衡系統(tǒng)中負(fù)載電流可能存在負(fù)序分量， 當(dāng)有源電力濾波器既補(bǔ)償無功功率又補(bǔ)償諧波電流還進(jìn)一步補(bǔ)償負(fù)序電流時(shí)，補(bǔ)償電流Ica 的指令信號I*ca應(yīng)當(dāng)與負(fù)載電流II信息中的瞬時(shí)無功分量Il-q、諧波分量Ilh、負(fù)序有功分量 Il-p、負(fù)序無功分量Il-q大小相同但極性相反，補(bǔ)償電流Ica= -（Il-q+Ilh+Il-p+Il-q)。補(bǔ)償后 的電源電流Isa最終等于負(fù)載電流的正序有功分量。
[0043]參見圖2,與圖1中略有區(qū)別的是，圖1是單級有源電力濾波器APF為電網(wǎng)提供補(bǔ)償 電流，而圖2中是采用多級有源電力濾波器APF為電網(wǎng)提供補(bǔ)償電流。仍然取其中的一相電 網(wǎng)支路Esa作為研究和闡釋對象，其他余下幾相電網(wǎng)支路Esb~E SC的運(yùn)作原理也基本類似。在 圖1中是單級有源電力濾波器為該一相電網(wǎng)提供補(bǔ)償電流Ica，在圖2中是多級有源電力濾波 器APF1、APF2、……APFN(N是自然數(shù))對應(yīng)分別為該一相電網(wǎng)提供補(bǔ)償電流I C1、IC2、……I? (N是自然數(shù)），任意一級的有源電力濾波器APFN均可以向該電網(wǎng)中注入對應(yīng)的補(bǔ)償電流I CN， 最終，我們可以計(jì)算合計(jì)注入在該相電網(wǎng)中的總補(bǔ)償電流是Ici+Ic2+......+Icn。如果圖2中多 級有源電力濾波器和圖1中單級有源電力濾波器的補(bǔ)償效果相同，則ICA=Iq+IC2+……+1?， 多級取代單級的方式可以降低單級有源電力濾波器的運(yùn)算壓力并極大的提高補(bǔ)償精度和 效果。
[0044] 參見圖2,第一級有源電力濾波器APF1至少預(yù)留有兩個(gè)端口 10-1和10-2來擷取電 流傳感器101的感測電流，依此類推第Ν級有源電力濾波器APFN也至少預(yù)留有兩個(gè)端口 10-1 和10-2,其中第一級APF1和第二級APF2……第Ν級APFN在電性連接關(guān)系上是并聯(lián)的方式。這 體現(xiàn)在，電流傳感器101的電流傳輸線101 a在它的X1節(jié)點(diǎn)處連接到第一級APF1的端口 10-1， 然后電流傳輸線l〇la從第一級APF1的端口 10-2再次回連到電流傳輸線101a的Y1節(jié)點(diǎn)處。依 此類推，電流傳感器1 〇 1的電流傳輸線1 〇 1 a在它的XN節(jié)點(diǎn)處連接到第N級APFN的端口 10-1， 然后電流傳輸線1 〇 1 a從第N級APFN的端口 10-2再次回連到電流傳輸線101 a的YN節(jié)點(diǎn)處。從 而將所有的第一級APF 1和第二級APF2……第N級APFN全部串接在同一條電流傳輸線101 a 上。
[0045]在一個(gè)可選實(shí)施例中，第一級APF1提供的補(bǔ)償電流IcdP第二級APF2提供的補(bǔ)償電 流Ic2……以及第N級APFN提供的補(bǔ)償電流I?相等，IC1 = IC2 = IC3 =……I?，此時(shí)任意一級有 源電力濾波器APFN從電流傳輸線101a上擷取到負(fù)載電流IL中的預(yù)設(shè)抑制信號值I FILTER后， APFN自身的指令信號I*CA-ν應(yīng)該等于的IFILTER + N(但相位相反）。相當(dāng)于各級APF提供的單級 補(bǔ)償電流Ici=Ic2 = Ic3......Icn= -Ifilter/N，所以合計(jì)的總補(bǔ)償電流滿足IcA=Ici+Ic2+......+ Icn= - Ifilter。預(yù)設(shè)抑制信號值Ifilter是負(fù)載電流中需要被濾除掉的分量，可以是上文的諧 波分量Ilh，也可以是諧波分量Ilh與無功分量Ilq，還可以是瞬時(shí)無功分量Il-ci，或同時(shí)帶有瞬 時(shí)無功分量In、諧波分量Ilh、負(fù)序有功分量Il-p和負(fù)序無功分量In，注意Ifilter和這些分量 大小相同但極性相反。
[0046] 參見圖2,第一級APF1和第二級APF2……第N級APFN全部串接，雖然可以降低單級 有源電力濾波器的運(yùn)算壓力，但也有弊端，如第一級APF1遇到損壞或者需要檢修等突發(fā)情 況時(shí)，濾波器APFN需要從電流傳輸線10 la上分離下來，此時(shí)為了避免后級的各個(gè)APF2…… APFN仍然正常工作，在不能斷電網(wǎng)的這一前提下，只能將電流傳輸線101a上連接到第一級 APF1的I0-1/I0-2端口上的節(jié)點(diǎn)XI和Y1強(qiáng)行短接，例如以物理的方式利用金屬彈片或?qū)Ь€ l〇lb短接在節(jié)點(diǎn)XI和Y1之間，滿足電流傳輸線101a不斷開才能不至于影響到后面的 APF2……APFN。依此類推，第N級APFN (N為自然數(shù))從電網(wǎng)上斷開時(shí)它的10-1 /10-2端口上的 節(jié)點(diǎn)XN和YN必須強(qiáng)行短接。盡管濾波器可以從電網(wǎng)上被卸載下來，但是任意一個(gè)濾波器從 電網(wǎng)上斷開的瞬態(tài)，都會在它的I0-1/I0-2端口附近產(chǎn)生危及人身安全的危險(xiǎn)電弧，因?yàn)檫@ 屬于強(qiáng)電的范疇。
[0047] 為了彌補(bǔ)圖2的不足，本申請?jiān)谙挛闹刑岢隽藞D3的實(shí)施例。
[0048]參見圖3,空心線圈傳感器121用來替換圖1~2的霍爾電流傳感器101，該空心線圈 傳感器121用來檢測負(fù)載電流II信息的各種分量，空心線圈121在結(jié)構(gòu)上沒有使用類似霍爾 電流傳感器101那樣的含鐵磁性材料的磁芯，線圈123纏繞在起到物理支撐作用的柔性或剛 性骨架122上構(gòu)成環(huán)形繞組，骨架122不是磁芯所以空心線圈121無磁滯效應(yīng)，也沒有相位誤 差和磁飽和現(xiàn)象，響應(yīng)的頻帶寬度從0.1HZ到幾 MHZ?？招木€圈傳感器121的理論依據(jù)是法拉 第電磁感應(yīng)定律和安培環(huán)路定律，電網(wǎng)的負(fù)載電流U沿著軸線通過空心線圈傳感器121的 線圈123中心時(shí)，線圈123的環(huán)形繞組包圍的體積范圍內(nèi)會產(chǎn)生對應(yīng)變化的磁場，在線圈123 的兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓Ui(t) =MX (di/dt)，它與需測量的隨時(shí)間t變化的交流電流i的微 分方程成正比，Μ是線圈繞組的互感系數(shù)。
[0049] 參見圖4,考慮到圖3中線圈123兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓UKt)信號很微弱，在可選的 實(shí)施例中，可以先將感應(yīng)電壓UKt)放大后再進(jìn)行積分。必須強(qiáng)調(diào)的是，在圖4中采用的放大 電路123和采用的積分電路124是任意可選的，在本申請中以具體的放大電路123和積分電 路124架構(gòu)只是為了證明和闡釋本申請的發(fā)明精神，實(shí)際上任何其他適用的放大電路和積 分電路類型均可以替換圖中的放大電路123和積分電路124，例如拉扎維在模擬CMOS集成電 路設(shè)計(jì)一書中披露的各種放大器和積分器。在本發(fā)明后續(xù)圖8~9的方案中提出了較之圖4 更佳的放大電路或積分電路方案。
[0050] 參見圖4,在運(yùn)算放大器AM1的反相輸入端和輸出端之間連接有一個(gè)電阻R2,在所 輸入的感應(yīng)電壓山(〇和運(yùn)算放大器AM1的反相輸入端之間連接有一個(gè)電阻R1，運(yùn)算放大器 AM1的正相輸入端接地，算出運(yùn)算放大器AM1輸出端電壓U2 (t) = - Ui (t) X (R2/R1)。另外在 積分電路124中，輸入給積分電路124的電壓U2(t)和運(yùn)算放大器AM2的反相輸入端之間連接 有一個(gè)電阻R3,在運(yùn)算放大器AM2的反相輸入端和輸出端之間連接有電容C，運(yùn)算放大器AM2 正相輸入端梓地，筧出運(yùn)筧放太器AM2輸出端電壓U 3(t)滿足：
[0051]
[0052]在上文介紹的利用空心線圈傳感器121檢測負(fù)載電流IL方案的基礎(chǔ)上，圖5還展示 了另一個(gè)較佳的實(shí)施例。與圖4相比在圖5中，第一級APF1和第二級APF2……及第N級APFN不 再是串聯(lián)關(guān)系，取而代之的是相互并聯(lián)。任意一級的濾波器APFN單獨(dú)從空心線圈傳感器121 的電流傳輸線12la上檢測負(fù)載電流II信息的各種分量。例如在一個(gè)可選的實(shí)施例中，第一 級APF1提供的補(bǔ)償電流I ^和第二級APF2提供的補(bǔ)償電流IC2……以及第N級APFN提供的補(bǔ) 償電流Icn相等，IC1 = Ic2 = Ic3 =……Icn，此時(shí)任意一級有源電力濾波器APFN從電流傳輸線 121a上擷取到負(fù)載電流IL中的預(yù)設(shè)抑制信號值I FILTER后，該任意一級APFN自身的指令信號 I*CA-n應(yīng)該等于的Ifilter + N。相當(dāng)于各級提供的補(bǔ)償電流Ici = Ic2 = Ic3......Icn= - Ifilter/N, 所以Ica=Iq+Ic2+......+I?= -Ifilter，這仍然能夠達(dá)到預(yù)期的補(bǔ)償效果。
[0053] 參見圖5,空心線圈傳感器121的優(yōu)勢之一在于它輸出的電壓山（〇~U3(t)均屬于 弱電的范疇，相比圖2中霍爾電流傳感器101的輸出的強(qiáng)電現(xiàn)象和卸載任意一級APF時(shí)所產(chǎn) 生的電弧，空心線圈傳感器121滿足了更佳的安規(guī)效果，空心線圈有時(shí)也被稱作羅氏線圈。 當(dāng)空心線圈傳感器121在電壓和/或電流傳輸線121a上提供負(fù)載電流信息時(shí)，有源電力濾波 器APFN可以利用類似家用電話線和電話機(jī)相連的水晶接頭實(shí)現(xiàn)對接空心線圈傳感器121， 也即可以摒棄圖2中會產(chǎn)生電弧的強(qiáng)制短接方式，任意一級APF從電網(wǎng)上卸載時(shí)，由于并聯(lián) 關(guān)系其他余下的有源電力濾波器不會收到任何負(fù)面影響。
[0054]參見圖6,假定負(fù)載電流IL中攜帶有近乎三角波的諧波分量曲線151，如果以圖2的 霍爾電流傳感器101對諧波分量進(jìn)行檢測，最終所擷取的諧波反饋量曲線實(shí)際如152所示的 那樣，可以發(fā)現(xiàn)諧波分量曲線151和諧波反饋量曲線152之間存在畸變，導(dǎo)致圖1中的指令電 流運(yùn)算模塊102產(chǎn)生的指令信號1*以存在較大的誤差，最終致使電流跟蹤控制模塊103產(chǎn)生 的PWM信號也與期望值不符，補(bǔ)償電流I CA也會隨之精度變差。這是因?yàn)榛魻栯娏鱾鞲衅?01 對負(fù)載交電流的響應(yīng)頻帶寬度過窄的緣故。圖6是空心線圈傳感器121檢測出來的諧波反饋 量曲線153,高頻諧波反饋量曲線153和諧波分量151的原始曲線基本一致，幾乎不會產(chǎn)生任 何嚴(yán)重的畸變，所以電流跟蹤控制模塊103產(chǎn)生的ΠΜ信號可以按照預(yù)期的那樣切換開關(guān)， 補(bǔ)償電流Ica具有高精度值?；魻栯娏鱾鞲衅?01除了無法保證上文作為范例的曲線151三角 波難以被精確的捕捉到，同樣也難以保證其他類似帶有尖峰脈沖成分的高頻諧波被精確檢 測到，而空心線圈傳感器121的交流電檢測帶寬較寬，類似這樣的尖峰脈沖諧波可以以不損 失精度的方式進(jìn)行捕捉。
[0055] 參見圖7,虛線左側(cè)是空心線圈傳感器的部分模塊而虛線右側(cè)則是有源電力濾波 器的部分模塊?？招木€圈傳感器還至少包括對電流信號進(jìn)行檢測的放大電路211，基于本申 請的發(fā)明精神，放大電路211的放大倍數(shù)可以利用放大倍數(shù)控制模塊212進(jìn)行控制，另外考 慮到空心線圈傳感器所檢測的信號能夠及時(shí)傳遞給有源電力濾波器以避免任何不必要的 延遲，放大電路211檢測到的信號用模擬量(而非1/0的二進(jìn)制數(shù)字量)輸送給有源電力濾波 器，有源電力濾波器對應(yīng)則用一個(gè)接收電路311實(shí)現(xiàn)模擬信號的接收。
[0056] 參見圖8,放大電路211包括第一運(yùn)算放大器A1和第二運(yùn)算放大器A2,其中環(huán)形繞 組線圈的兩端DSA、DSB對應(yīng)分別耦合到第一運(yùn)算放大器的正相輸入端V IN1和第二運(yùn)算放大 器A2的正相輸入端VIN2。圖8中線圈的DSA端和正相輸入端V皿之間連接有電阻R21，以及線圈 的DSB端和正相輸入端V IN2之間連接有電阻R22,同時(shí)還在第一運(yùn)算放大器A1的正相輸入端 V皿和第二運(yùn)算放大器A2的正相輸入端VIN2之間連接有一個(gè)電容C21，當(dāng)信號頻率較低時(shí)，電 容C21的容抗很大使差分放大電路的輸入阻抗很高。參見圖8,在第一運(yùn)算放大器A1的反相 輸入端(節(jié)點(diǎn)N1)和第二運(yùn)算放大器A2的反相輸入端(節(jié)點(diǎn)N2)之間連接有第一電阻R25,以 及在第一運(yùn)算放大器A1的反相輸入端和它的輸出端Vcrnn之間連接有第二電阻R23,和在第 二運(yùn)算放大器A2的反相輸入端和它的輸出端V QUT2之間連接有第二電阻R24，R23和R24的電 阻值大小可以相同，但它們和R25的阻值可以相同也可以不同。較為粗略的計(jì)算，輸出端 Vouti~Vqut2之間的差分電壓Vqut2 -Vciuti大體上等于(ViN2 -Vini) X (1+2 XR23/R25)，其中 ViN2 - V皿等于環(huán)形繞組線圈兩端DSA、DSB的感應(yīng)電壓差，從而我們可以實(shí)現(xiàn)在第一運(yùn)算放 大器和第二運(yùn)算放大器A1~A2各自的輸出端Vcrnn~V QUT2之間，擷取到上文介紹的環(huán)形繞組 線圈兩端DSA~DSB感測到的感應(yīng)電壓的差分放大信號。
[0057]參見圖8,已知節(jié)點(diǎn)N1和第一運(yùn)算放大器A1的反相輸入端相連，節(jié)點(diǎn)N2和第二運(yùn)算 放大器A2的反相輸入端相連，上文的第一電阻R25連接在節(jié)點(diǎn)N1和N2之間?？梢杂^察到放大 電路211還包括一組或多組相互串聯(lián)的第三電阻R26和開關(guān)器件S26,而且每一組串聯(lián)的第 三電阻R26和開關(guān)器件S26均連接在第一、第二運(yùn)算放大器A1~A2各自的反相輸入端之間 (即節(jié)點(diǎn)N1~N2之間），目的在于，我們希望放大電路211的整體增益或稱放大倍數(shù)是可調(diào) 的。節(jié)點(diǎn)N1~N2之間除了原本存在的第一電阻R25之外，當(dāng)每一組相互串聯(lián)的第三電阻R26 和開關(guān)器件S26中S26接通時(shí)，便讓該組當(dāng)中的第三電阻R26和第一電阻R25并聯(lián)在節(jié)點(diǎn)N1~ N2之間。所以在節(jié)點(diǎn)N1~N2之間引入的有效狀態(tài)的第三電阻R26(S26接通)越多，節(jié)點(diǎn)N1~ N2之間的并聯(lián)總阻值就越小，反之亦然，在節(jié)點(diǎn)N1~N2之間舍去的第三電阻R26(S26斷開） 越多，節(jié)點(diǎn)N1~N2之間的并聯(lián)總阻值就越大。開關(guān)S26的接通或關(guān)斷可由圖7中的放大倍數(shù) 控制模塊212輸出的高低電平來控制開關(guān)S26的控制端進(jìn)行切換。當(dāng)需要增加放大電路211 的放大倍數(shù)時(shí)，接通一個(gè)或多個(gè)開關(guān)器件S26以將一個(gè)或多個(gè)該第三電阻R26和第一電阻 R25予以并聯(lián)?；蛘咝枰档头糯箅娐?11的放大倍數(shù)時(shí)，斷開一個(gè)或多個(gè)開關(guān)器件S26以將 一個(gè)或多個(gè)和第一電阻R25并聯(lián)的第三電阻R26從放大電路中浮置(floating)，此時(shí)浮置狀 態(tài)的第三電阻R26是高阻態(tài)可以不予考慮它在N1~N2節(jié)點(diǎn)間造成的并聯(lián)阻值影響。
[0058]參見圖9，有源濾波器APF中的接收電路311包括第三運(yùn)算放大器A3，圖7中放大電 路211輸出的差分放大信號(VciuT2-Vciuti)親合到該第三運(yùn)算放大器A3的正相和反相輸入端。 例如圖8中的第二運(yùn)算放大器A2的輸出端V QUT2通過電阻R32耦合到三運(yùn)算放大器A3的正相 輸入端VINB，圖8中的第一運(yùn)算放大器A1的輸出端Vcrnn通過電阻R31耦合到第三運(yùn)算放大器 A3的反相輸入端VINA，并在第三運(yùn)算放大器A3的反相輸入端和輸出端之間連接有反饋電阻 R33,因此第三運(yùn)算放大器A3將該差分放大信號轉(zhuǎn)為單端信號。有源APF的第三運(yùn)算放大器 A3接收到的差分信息是高速模擬量，這里電阻R31的阻值和R32可以相同或不同，差分電壓 Vout2 -VQUT1轉(zhuǎn)換成第三運(yùn)算放大器A3的單端電壓信號，等于（Vmb -VINA) XR33/R31或 (Vout2 - Voun) XR33/R31。作為其他的可選實(shí)施例，還可以將一個(gè)參考電壓VREF通過一個(gè)電 阻輸入到第三運(yùn)算放大器A3的正相輸入端VlNB，來使差分值V〇UT2 - Vciuti略微向上抬升。
[0059] 參見圖9,接收電路311還包括可以使得前級電路和后級電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離的光耦 合模塊345，光耦合模塊345中等效發(fā)光二極管和受光器件(如光敏半導(dǎo)體管)相互配合來提 供輸出電流，光耦合模塊345完成電信號一光信號一電信號的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入信號和輸 出信號的隔離作用。由于光耦合模塊345輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特 點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。所以光耦合模塊345在傳輸信息中作為終端 隔離元件可以大大提高信噪比。本發(fā)明中考慮到各級APF之間是互相并聯(lián)的關(guān)系，光耦合模 塊345可以有效屏蔽不同APF之間各自檢測支路對其他檢測支路的信號干擾，而且在同一級 濾波器APF中不同的三相電流信號檢測支路彼此之間的干擾也被屏蔽。在本發(fā)明中光耦合 模塊345接收第三運(yùn)算放大器A3輸出的單端電壓信號，并且生成與運(yùn)算放大器A3輸出的單 端電壓信號保持為線性關(guān)系的線性電流If_w。所以光耦合模塊345作用至少有兩個(gè)，第一 個(gè)是實(shí)現(xiàn)前后級的電氣隔離，第二個(gè)則是形成跟隨著運(yùn)算放大器A3輸出的單端電壓信號變 化而線性變化的線性電流。接收電路311還包括第四運(yùn)算放大器A4，第四運(yùn)算放大器A4將線 性電流Ifoluw轉(zhuǎn)換還原成最終期望得到的電壓值。光耦合模塊345的電流輸出端耦合到與第 四運(yùn)算放大器A4的反相輸入端相連的一個(gè)節(jié)點(diǎn)N3,我們還在第四運(yùn)算放大器A4的正相輸入 端接地且在它的反相輸入端和輸出間連接有電阻R45，雖然圖中沒有表示出來，電阻R45可 以設(shè)置成可調(diào)電阻或者直接和它串聯(lián)一個(gè)可調(diào)電阻。第四運(yùn)算放大器A4通過電阻R45將在 該節(jié)點(diǎn)N3所吸收的線性電流IFQLXCIW轉(zhuǎn)換成它輸出的電壓信號VciUT-A。由于限定線性電流IFC1LX0W 和第三運(yùn)算放大器A3輸出的單端電壓信號保持線性關(guān)系，則第四運(yùn)算放大器A4輸出的電壓 信號Vout-a也和第三運(yùn)算放大器A3輸出的單端電壓信號保持線性關(guān)系。在第四運(yùn)算放大器A4 的反相輸入端和輸出間連接有補(bǔ)償電容C42,它與電阻R45并聯(lián)，補(bǔ)償電容C42用于改進(jìn)電路 穩(wěn)定性和減小電路輸出噪聲及限制電路的工作帶寬于10kHz左右內(nèi)。
[0060] 參見圖10,這主要是區(qū)別于圖5的開環(huán)式檢測法，在圖5中，多級有源電力濾波器以 分別單獨(dú)從同一個(gè)空心線圈傳感器121檢測同一電網(wǎng)中非線性負(fù)載的負(fù)載電流II中的電流 信息的方式而并聯(lián)設(shè)置，在開環(huán)式檢測法中，空心線圈傳感器121的位置一般是靠近非線性 負(fù)載。但在圖10的閉環(huán)式檢測法中，空心線圈傳感器121的位置卻是靠近交流電源Es，也就 是說，空心線圈傳感器121將檢測到的電源側(cè)的電流量信息傳輸給有源電力濾波器，此時(shí)有 源電力濾波器根據(jù)所擷取到電源側(cè)的電流量中的諧波分量后，直接產(chǎn)生補(bǔ)償電流來濾除電 源側(cè)的諧波。
[0061] 在本發(fā)明中，多級有源電力濾波器以分別單獨(dú)從同一個(gè)空心線圈傳感器檢測同一 電網(wǎng)中的非線性負(fù)載的負(fù)載電流信息的方式并聯(lián)設(shè)置，所以任何一級APF從電網(wǎng)卸載下來 均不影響其他余下有源電力濾波器正常的從空心線圈傳感器擷取負(fù)載電流信息，這與多級 有源電力濾波器相互串聯(lián)來檢測負(fù)載電流的方式有著本質(zhì)的區(qū)別。
[0062] 以上，通過說明和附圖，給出了【具體實(shí)施方式】的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，上述發(fā)明 提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，但這些內(nèi)容并不作為局限。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上 述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明 的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi) 容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，其特征在于，多級有源電力濾波器 以分別單獨(dú)從同一個(gè)空心線圈傳感器檢測同一電網(wǎng)中的電流信息的方式并聯(lián)設(shè)置，任意一 級有源電力濾波器均從電流信息中提取預(yù)設(shè)抑制信號，從而多級有源電力濾波器共同產(chǎn)生 與預(yù)設(shè)抑制信號大小相等相位相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述 電流信息為電網(wǎng)中非線性負(fù)載的負(fù)載電流信息或者是電源側(cè)的電流量信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)定 總共有N級有源電力濾波器并聯(lián)，N為大于零的自然數(shù)，每一級有源電力濾波器均擷取預(yù)設(shè) 抑制信號大小值的N分之一予以反極性后作為指令信號，并產(chǎn)生實(shí)時(shí)跟蹤該指令信號的單 級補(bǔ)償電流Ic，其中單級補(bǔ)償電流Ic和抑制信號大小值的N分之一大小相同但相位相反，從 而N級有源電力濾波器合計(jì)注入電網(wǎng)的總補(bǔ)償電流為NX Ic。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述 預(yù)設(shè)抑制信號是電源側(cè)電流量中的諧波分量或是負(fù)載電流信息中的諧波分量。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，其特征在于，該空 心線圈傳感器包括環(huán)形繞組線圈，被測的電流沿軸線通過該環(huán)形繞組線圈的中心。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述 空心線圈傳感器包括一個(gè)用于將環(huán)形繞組線圈的感應(yīng)電壓進(jìn)行放大的放大電路。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，其特征在于，每一 級有源電力濾波器均包括將所述放大電路的模擬輸出量以模擬信號的方式予以接收的接 收電路，并產(chǎn)生用于表征該電流信息的電壓信號。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述 放大電路包括第一、第二運(yùn)算放大器，該環(huán)形繞組線圈的兩端對應(yīng)分別耦合到第一、第二運(yùn) 算放大器各自的正相輸入端； 在第一、第二運(yùn)算放大器各自的反相輸入端之間連接有第一電阻，以及在第一運(yùn)算放 大器的反相輸入端和輸出端之間連接有第二電阻，和在第二運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸 出端之間連接有第二電阻，藉此在第一、第二運(yùn)算放大器各自的輸出端之間形成所述感應(yīng) 電壓的差分放大信號。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述 放大電路還包括一組或多組相互串聯(lián)的第三電阻和開關(guān)器件，每一組串聯(lián)的第三電阻和開 關(guān)器件均連接在第一、第二運(yùn)算放大器各自的反相輸入端之間； 需要增加所述放大電路的放大倍數(shù)時(shí)，接通一個(gè)或多個(gè)開關(guān)器件以將一個(gè)或多個(gè)該第 三電阻和第一電阻予以并聯(lián);或者 需要降低所述放大電路的放大倍數(shù)時(shí)，斷開一個(gè)或多個(gè)開關(guān)器件以將一個(gè)或多個(gè)和第 一電阻并聯(lián)的第三電阻從所述放大電路中浮置。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，其特征在于，所 述接收電路包括第三運(yùn)算放大器，所述放大電路輸出的差分放大信號通過電阻耦合到該第 三運(yùn)算放大器的正相和反相輸入端，并在第三運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間連接 有反饋電阻，因此第三運(yùn)算放大器將該差分放大信號轉(zhuǎn)為單端電壓信號。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的帶有多級有源電力濾波器的諧波抑制系統(tǒng)，其特征在于，所 述接收電路還包括可實(shí)現(xiàn)電氣隔離的光耦合模塊和第四運(yùn)算放大器； 該光耦合模塊輸出跟隨該單端電壓信號線性變化的線性電流，第四運(yùn)算放大器正相輸 入端接地且在它的反相輸入端和輸出間連接有電阻，由第四運(yùn)算放大器將該線性電流轉(zhuǎn)換 成其輸出端的與該單端電壓信號成線性關(guān)系的電壓信號。
【文檔編號】H02J3/01GK105932677SQ201610389958
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】張永
【申請人】豐郅(上海)新能源科技有限公司