混合式正交可控宽范围可调滤波装置和方法与流程

本发明涉及电力设备，具体涉及混合式正交可控宽范围可调滤波装置和方法。

背景技术：

1、在电力系统运行中，谐波污染严重影响电能质量，尤其是风光汇集系统等场景中存在的频率移动谐波，会导致设备效率下降、使用寿命缩短。传统滤波器结构固定，无法适配谐波频率的移动变化，当谐波频率偏离设计值时，滤波效果显著衰减。同时，现有正交可控电抗器与电容器组合的可调滤波装置，存在电感调节范围有限的问题，仅能治理频率移动范围较小的谐波，难以满足宽频率范围的谐波治理需求。因此，开发一种能够实现宽范围电感连续调节、适配不同工况下谐波频率变化的滤波技术，成为当前电力设备领域的重要研究方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供混合式正交可控宽范围可调滤波装置和方法，以解决传统滤波器滤波频率范围窄、无法有效应对移动谐波的技术问题。

2、为了解决上述问题，本发明的技术方案为：

3、混合式正交可控宽范围可调滤波装置，包括混合式正交可控电抗器、滤波电容器、谐波检测模块、控制模块及直流控制电源；所述混合式正交可控电抗器与滤波电容器串联形成可调滤波单元，所述可调滤波单元并联于谐波源侧；所述谐波检测模块与控制模块信号连接，用于检测并输出谐波源侧的谐波频率；所述控制模块与谐波检测模块、直流控制电源分别信号连接，与混合式正交可控电抗器间接控制连接；控制模块接收谐波频率信号后，输出匝数切换信号至混合式正交可控电抗器，输出电流调节信号至直流控制电源，直流控制电源为混合式正交可控电抗器提供励磁电流。

4、进一步的，所述混合式正交可控电抗器包括对称设置的铁心组件和绕组组件；所述铁心组件包括交流铁心部和直流铁心部，所述交流铁心部为闭合式框架结构，其两侧铁心柱设有气隙，所述直流铁心部为开口式结构，垂直装配于交流铁心部两侧；所述绕组组件包括交流绕组和直流绕组，分别绕设于交流铁心部和直流铁心部。该对称结构设计可提升磁场利用率，减少漏磁与电磁干扰。

5、进一步的，所述交流绕组为调匝式结构，包括两组对称设置的交流线圈，两组所述交流线圈串联构成交流工作绕组；所述直流绕组包括两组对称设置的直流线圈，两组所述直流线圈串联构成直流励磁绕组；所述交流线圈沿绕组轴线间隔设置多个抽头，通过切换抽头实现接入匝数的分级调节。

6、进一步的，所述混合式正交可控电抗器的电感值满足：，其中，为电感值，为谐波频率，为滤波电容器的电容值；所述混合式正交可控电抗器通过匝数档位调节与直流电流调节的组合方式，用于电感值在区间内连续可调。

7、进一步的，所述混合式正交可控电抗器的电感调节范围满足：接入最大匝数且直流控制电流为0a时电感达到最大值，接入最小匝数且直流控制电流为设定最大值时电感达到最小值；各档位电感范围满足，且第n档最大电感值满足。

8、进一步的，所述滤波电容器的电容值满足：，其中，为工频滤波支路电压有效值，为滤波器补偿的无功容量，为工频频率，为谐波频率变化的中间频率，所述电容值选取大于0的解。

9、进一步的，所述交流铁心部的截面边长满足：，其中，为经验系数，为电抗器容量，为绕有线圈的交流铁心柱数量，正交区域长度与截面边长相等。

10、进一步的，所述铁心组件的磁感应强度满足：，且最大磁感应强度满足，其中，为交流绕组匝数，为截面积，、分别为基波电流和谐波电流最大值，为安全系数，为铁心材料饱和磁感应强度。

11、进一步的，所述混合式正交可控电抗器的电感值满足：，其中，为交流铁心非正交区域总长度，为单个正交区域长度，为气隙长度，为真空磁导率，、分别为交流铁心和正交区域的磁导率。其中气隙长度lg根据目标最小电感值、最小接入匝数及磁导率参数计算确定

12、一种混合式正交可控宽范围可调滤波装置的方法，包括以下步骤：

13、s1：通过谐波检测模块采集谐波源侧的谐波信号，分析得到谐波频率并传输至控制模块；

14、s2：控制模块根据谐波频率，结合计算目标电感值，生成匝数档位切换指令，控制混合式正交可控电抗器接入对应匝数的交流线圈；

15、s3：控制模块根据目标电感值与当前检测值的偏差，调控直流控制电源的输出电流，结合进行电感精细调节，使滤波电容与电感满足谐振匹配条件，实现谐波滤除。

16、本发明的有益效果为：

17、1.电感调节范围广且连续：通过调匝调节与磁控调节的组合方式，结合多组公式支撑的参数匹配，实现了电感在宽区间内的连续线性调节，突破了传统单一调节方式的局限，能够适配300~400hz等宽范围移动谐波的治理需求。

18、2.滤波效果稳定可靠：通过谐波检测模块与控制模块的协同工作，实时跟踪谐波频率变化，精准调节电感值使电容与电感始终保持谐振匹配状态，避免了传统滤波器因频率偏移导致的滤波效果衰减问题，显著提升了电网电能质量。

19、3.结构设计科学合理：采用对称式铁心结构和绕组设计，大幅提升了磁场利用率，减少了漏磁和电磁干扰，同时减小了设备体积和安装空间需求，降低了工程应用成本。

20、4.设计过程精准可控：电抗器的结构参数、电感调节及无功补偿均有明确的公式支撑，能够根据实际应用场景的谐波频率范围和无功补偿需求，精准定制设备参数，提升了装置的适用性和可靠性。

1.混合式正交可控宽范围可调滤波装置，其特征在于，包括混合式正交可控电抗器、滤波电容器、谐波检测模块、控制模块及直流控制电源；所述混合式正交可控电抗器与滤波电容器串联形成可调滤波单元，所述可调滤波单元并联于谐波源侧；所述谐波检测模块与控制模块信号连接，用于检测并输出谐波源侧的谐波频率；所述控制模块与谐波检测模块、直流控制电源分别信号连接，与混合式正交可控电抗器间接控制连接；控制模块接收谐波频率信号后，输出匝数切换信号至混合式正交可控电抗器，输出电流调节信号至直流控制电源，直流控制电源为混合式正交可控电抗器提供励磁电流。

2.根据权利要求1所述的混合式正交可控宽范围可调滤波装置，其特征在于，所述混合式正交可控电抗器包括对称设置的铁心组件和绕组组件；所述铁心组件包括交流铁心部和直流铁心部，所述交流铁心部为闭合式框架结构，其两侧铁心柱设有气隙，所述直流铁心部为开口式结构，垂直装配于交流铁心部两侧；所述绕组组件包括交流绕组和直流绕组，分别绕设于交流铁心部和直流铁心部。

3.根据权利要求2所述的混合式正交可控宽范围可调滤波装置，其特征在于，所述交流绕组为调匝式结构，包括两组对称设置的交流线圈，两组所述交流线圈串联构成交流工作绕组；所述直流绕组包括两组对称设置的直流线圈，两组所述直流线圈串联构成直流励磁绕组；所述交流线圈沿绕组轴线间隔设置多个抽头，通过切换抽头实现接入匝数的分级调节。

4.根据权利要求3所述的混合式正交可控宽范围可调滤波装置，其特征在于，所述混合式正交可控电抗器的电感值满足：，其中，为电感值，为谐波频率，为滤波电容器的电容值；所述混合式正交可控电抗器通过匝数档位调节与直流电流调节的组合方式，用于电感值在区间内连续可调。

5.根据权利要求4所述的混合式正交可控宽范围可调滤波装置，其特征在于，所述混合式正交可控电抗器的电感调节范围满足：接入最大匝数且直流控制电流为0a时电感达到最大值，接入最小匝数且直流控制电流为设定最大值时电感达到最小值；各档位电感范围满足，且第n档最大电感值满足。

6.根据权利要求1所述的混合式正交可控宽范围可调滤波装置，其特征在于，所述滤波电容器的电容值满足：，其中，为工频滤波支路电压有效值，为滤波器补偿的无功容量，为工频频率，为谐波频率变化的中间频率，所述电容值选取大于0的解。

7.根据权利要求2所述的混合式正交可控宽范围可调滤波装置，其特征在于，所述交流铁心部的截面边长满足：，其中，为经验系数，为电抗器容量，为绕有线圈的交流铁心柱数量，正交区域长度与截面边长相等。

8.根据权利要求2所述的混合式正交可控宽范围可调滤波装置，其特征在于，所述铁心组件的磁感应强度满足：，且最大磁感应强度满足，其中，为交流绕组匝数，为截面积，、分别为基波电流和谐波电流最大值，为安全系数，为铁心材料饱和磁感应强度。

9.根据权利要求2所述的混合式正交可控宽范围可调滤波装置，其特征在于，所述混合式正交可控电抗器的电感值满足：，其中，为交流铁心非正交区域总长度，为单个正交区域长度，为气隙长度，为真空磁导率，、分别为交流铁心和正交区域的磁导率。

10.一种使用权利要求1到9任一项所述混合式正交可控宽范围可调滤波装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：