本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于电感耦合的混合有源滤波器及谐波电流补偿方法。
背景技术：
电网中的谐波问题主要由非线性负荷引起。各种电力电子换流装置、铁磁饱和装置、电弧炉、电弧焊等设备，都会向电网注入谐波电流，增大电力系统中的损耗，影响设备的安全稳定运行。
在中高压电网中，混合有源滤波器hapf(hybridactivepowerfilter)是治理谐波问题的重要手段。混合有源滤波器将无源滤波器pf(passivefilter)和有源滤波器apf(activepowerfilter)结合在一起，无源部分(pf)滤除大部分特征次谐波，而有源部分(apf)则进一步提升滤波效果。
根据有源部分(apf)和无源部分(pf)的不同连接方式，混合有源滤波器hapf有各种不同的拓扑。在并联apf 并联pf结构的hapf中，并联apf需经变压器接入电网，变压器的低压侧电流较大，且apf的输出电流可能会流入并联pf支路。注入式混合有源滤波器结构，apf通过变压器与基波谐振支路或小电感并联，使apf承受的基波电压很小，不过apf需要外部提供直流电压。在apf与pf经过变压器串联后，并联接入电网的hapf结构中，pf的基波阻抗较大，承担大部分的基波电压，apf容量较小，但此结构不适合进行大容量的无功补偿，且若apf开路，基波电压就会降落在变压器的绕组上，引起安全问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种有源部分的感应线圈通过空间磁路耦合的方式与无源部分的公共电感进行连接的混合有源滤波器。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于电感耦合的混合有源滤波器，包括无源部分和有源部分，无源部分为多调谐滤波电路，通过其公共线圈与电网相连；有源部分包括逆变电路、输出滤波电路和感应线圈；感应线圈与公共线圈之间存在互感，有源部分通过空间磁路耦合的方式与无源部分连接。
在上述的基于电感耦合的混合有源滤波器中，无源部分为调谐在5次、7次……n次谐波频率的多调谐滤波电路，通过其公共线圈l2与电网相连；有源部分包括开关器件t1、t2、t3、t4、直流侧电容cdc组成的逆变电路，电感l0、电容c0组成的输出滤波器，以及感应线圈l1。
在上述的基于电感耦合的混合有源滤波器中，公共线圈和感应线圈均为方形铝导线绕制而成的环形线盘，两者近距离叠放；公共线圈或作为多调谐滤波电路中电感的一部分，或代替无源部分的滤波电感；感应线圈连接在逆变电路的输出滤波电容两端，与无源部分的公共线圈通过空间磁路耦合。
一种基于电感耦合的混合有源滤波器的谐波电流补偿方法，通过检测谐波电流，控制有源部分的逆变电路，在感应线圈上产生一个可控的交流电流i0，通过感应线圈与公共线圈之间的空间磁路耦合作用，将电流注入到滤波支路，改变滤波支路电流ic，从而滤除无源补偿后仍流入电网的残余谐波电流。
本发明的有益效果：1、有源部分的感应线圈通过空间磁路耦合的方式与无源部分的公共电感进行连接，省却了变压器。2、由于采用空间磁路耦合的方式，在运行过程中，有源部分开路、短路不会影响无源部分的正常工作，更加安全可靠。
附图说明
图1是本发明一个实施例一种基于电感耦合的混合有源滤波器的示意图；
图2是本发明一个实施例基于电感耦合的混合有源滤波器有源部分工作示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施例采用空间磁路耦合的方式连接有源部分(apf)和无源部分(pf)，将有源部分产生的电流注入到无源滤波支路，滤除无源补偿之后的残余谐波电流；由于采用空间磁路耦合的方式，有源部分开路、短路不会影响无源部分的正常工作，更加安全可靠。
本实施例是通过以下技术方案实现的，一种基于电感耦合的混合有源滤波器，包括无源部分和有源部分，无源部分为多调谐滤波电路，该多调谐滤波电路中包含一个公共线圈；有源部分包括逆变电路、输出滤波电路和感应线圈；有源部分的感应线圈与无源部分的公共线圈之间存在互感，有源部分通过空间磁路耦合的方式与无源部分连接，逆变电路在感应线圈上产生电流，通过空间磁路耦合的方式，将电流注入到无源滤波支路，从而滤除无源补偿之后的残余谐波电流。
而且，无源部分的公共线圈和有源部分的感应线圈均为方形铝导线绕制而成的环形线盘，两者近距离叠放，以达到较高的耦合系数，并通过空间磁路耦合；无源部分的公共线圈可以是多调谐滤波电路中电感的一部分，也可以用来代替无源部分的滤波电感；有源部分的感应线圈连接在逆变电路的输出滤波电容两端，与无源部分的公共线圈通过空间磁路耦合。
一种基于电感耦合的混合有源滤波器的谐波电流补偿方法，其特征是，通过检测谐波电流，控制有源部分的逆变电路，在感应线圈上产生一个可控的交流电流i0，通过感应线圈与无源部分的公共线圈间的空间磁路耦合作用，将电流注入到滤波支路，改变滤波支路电流ic，从而滤除无源补偿后仍流入电网的残余谐波电流。
具体实施时，如图1所示，一种基于电感耦合的混合有源滤波器，包括无源部分和有源部分，无源部分为多调谐滤波电路，b5th、b7th……bnth分别为5次、7次……n次无源滤波支路，l2为多调谐滤波支路的公共线圈；有源部分包括逆变电路、输出滤波电路和感应线圈，t1、t2、t3、t4是逆变器电路中的开关器件，cdc是逆变电路的直流侧电容，l0、c0是逆变器输出滤波电感和电容，电感l1是有源部分的感应线圈；感应线圈l1和无源部分的公共线圈l2之间存在互感，有源部分通过空间磁路耦合的方式与无源部分连接。逆变电路在感应线圈l1上产生电流，通过空间磁路耦合的方式注入到无源滤波支路，改变滤波支路电流ic，从而滤除无源补偿之后的残余谐波电流。
无源部分的公共线圈l2和有源部分的感应线圈l1均为方形铝导线绕制而成的环形线盘，两者近距离叠放，以达到较高的耦合系数，并通过空间磁路耦合；无源部分的公共线圈l2可以是多调谐滤波电路中电感的一部分，也可以用来代替无源部分的滤波电感；有源部分的感应线圈l1连接在逆变电路的输出滤波电容c0两端，与无源部分的公共线圈l2通过空间磁路耦合。
基于电感耦合的混合有源滤波器的谐波电流补偿方法，如图2所示，vs是系统电压，is是系统侧电流，lz、rz是同时考虑了电网侧和无源滤波支路的等效电感和等效电阻，v12为电流i0在公共线圈l2上感应出的电压，v21为电流ic在感应线圈l1上感应出的电压。电压v21可以为逆变电路的直流侧电容电压稳定提供能量。而通过检测谐波电流，控制有源部分的逆变电路，在感应线圈l1上产生一个可控的交流电流i0，通过感应线圈l1与无源部分的公共线圈l2间的空间磁路耦合作用，在公共线圈l2上感应出一个电压v12，电压v12会在无源滤波支路产生电流，进而改变滤波支路电流ic，从而滤除无源补偿后仍流入电网的残余谐波电流。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
1.一种基于电感耦合的混合有源滤波器，其特征是，包括无源部分和有源部分，无源部分为多调谐滤波电路，通过其公共线圈与电网相连；有源部分包括逆变电路、输出滤波电路和感应线圈；感应线圈与公共线圈之间存在互感，有源部分通过空间磁路耦合的方式与无源部分连接。
2.如权利要求1所述的基于电感耦合的混合有源滤波器，其特征是，无源部分为调谐在5次、7次……n次谐波频率的多调谐滤波电路，通过其公共线圈l2与电网相连；有源部分包括开关器件t1、t2、t3、t4、直流侧电容cdc组成的逆变电路，电感l0、电容c0组成的输出滤波器，以及感应线圈l1。
3.如权利要求1所述的基于电感耦合的混合有源滤波器，其特征是，公共线圈和感应线圈均为方形铝导线绕制而成的环形线盘，两者近距离叠放；公共线圈或作为多调谐滤波电路中电感的一部分，或代替无源部分的滤波电感；感应线圈连接在逆变电路的输出滤波电容两端，与无源部分的公共线圈通过空间磁路耦合。
4.如权利要求1-3任意一项所述的基于电感耦合的混合有源滤波器的谐波电流补偿方法，其特征是，通过检测谐波电流，控制有源部分的逆变电路，在感应线圈上产生一个可控的交流电流i0，通过感应线圈与公共线圈之间的空间磁路耦合作用，将电流注入到滤波支路，改变滤波支路电流ic，从而滤除无源补偿后仍流入电网的残余谐波电流。
技术总结