一种滤波装置及方法

技术领域

本申请涉及电气设备技术领域，尤其涉及一种滤波装置及方法。

背景技术

随着电力技术的发展，对电气设备的要求也逐渐提高。谐波在电力系统中传递将会严重影响电力系统的供电质量，严重情况可能导致用户或者电网设备的损害，因此在电网中接入产生较大谐波的电气设备时，通常都需要配置滤波装置。

滤波装置现在主要分为两类，一类为无源滤波器装置，即采用固定的电容、电感和电阻元件，通过一定的串并联，形成固定调谐频率的阻抗低点以达到滤波的作用，无源滤波器装置虽成本较低，但主要缺点是调谐频率单一，且仅能滤除有效的几次谐波，灵活性较差，无法适应谐波分布范围较广的系统。另一类为有源滤波器装置，即采用纯电力电子的设备，通过检测电网谐波水平，通过电力电子装置产生反相位的谐波对谐波进行滤除，有源滤波器装置虽然能滤除多次谐波，灵活性较高，但其成本和造价相对较高，不适合在高压系统使用。

发明内容

本申请旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，有鉴于此，本申请提供了一种滤波装置及方法，用于解决现有技术中无法灵活滤除不同的电气设备的谐波的技术缺陷。

一种滤波装置，包括：

调谐装置、隔离变压器、主电容器以及交流母线和控制装置，

其中，所述控制装置与所述主电容器之间通过所述交流母线连接，所述主电容器的另一端与所述隔离变压器连接；所述隔离变压器的另一端与所述调谐装置连接；所述调谐装置与所述控制装置的另一端连接；

所述控制装置用于采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据，将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，并将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以获得参考波，并将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波；

所述调谐装置用于产生与所述目标参考波一致的目标谐波；

所述隔离变压器用于将高压设备和低压设备隔离，并将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，以降低所述交流母线的谐波电压；

所述主电容器用于承受高压设备的电压。

优选地，所述控制装置包括：滤波器、滤波器等效延时装置，

所述控制装置采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据，将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，并将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以获得参考波，并将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波的过程，包括：

所述滤波器采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据；

所述滤波器等效延时装置将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，并将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以获得参考波，并将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波。

优选地，所述滤波装置还包括：调制波发生装置，

所述调制波发生装置用于产生调制波；

所述控制装置还用于将所述目标参考波与所述调制波进行比较，以获得触发所述调谐装置的触发脉冲。

优选地，所述控制装置还包括：脉冲发生装置，所述控制装置将所述目标参考波与所述调制波进行比较，以获得触发所述调谐装置的触发脉冲的过程，包括：

所述脉冲发生装置将所述目标参考波与所述调制波进行比较，以获得触发所述调谐装置的触发脉冲。

优选地，所述调谐装置产生与所述目标参考波一致的目标谐波的过程，包括：

所述调谐装置基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波。

一种滤波方法，应用于前述介绍的任一项所述的滤波装置，该滤波方法包括：

利用所述控制装置采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据，将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，并将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以获得参考波，并将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波；

利用所述调谐装置产生与所述目标参考波一致的目标谐波；

利用所述隔离变压器将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，以降低所述交流母线的谐波电压。

优选地，所述滤波装置还包括：调制波发生装置，在利用所述控制装置将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波之后，在所述利用所述调谐装置产生与所述目标参考波一致的目标谐波之前，还包括：

利用所述调制波发生装置产生调制波；

利用所述控制装置将所述目标参考波与所述调制波进行比较，以获得触发所述调谐装置的触发脉冲。

优选地，所述控制装置包括：滤波器和滤波器等效延时装置，

所述控制装置采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据，将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，并将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以获得参考波，并将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波的过程，包括：

所述滤波器采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据；

所述滤波器等效延时装置将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，并将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以获得参考波，并将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波。

优选地，所述控制装置包括：脉冲发生装置，所述控制装置将所述目标参考波与所述调制波进行比较，以获得触发所述调谐装置的触发脉冲的过程，包括：

所述脉冲发生装置将所述目标参考波与所述调制波进行比较，以获得触发所述调谐装置的触发脉冲。

优选地，所述调谐装置产生与所述目标参考波一致的目标谐波的过程，包括：

所述调谐装置基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例的滤波装置可以包括调谐装置、隔离变压器、主电容器以及交流母线和控制装置。其中，所述控制装置可以用于采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据，以便可以将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，以使得所述交流母线的电压的实施波形数据与基波波形数据的相位差为零，以便可以使得所述控制装置的控制效果较好，在对所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理后，可以将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以便可以获得可以供所述调谐装置参考的参考波，在获得所述参考波之后，可以进一步利用所述控制装置将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波，同时可以确保所述目标参考波的相位与所述调谐装置产生的目标谐波的相位保持相同，在对所述参考波进行延时补偿得到所述目标参考波之后，可以利用所述调谐装置产生与所述目标参考波一致的目标谐波；最后可以利用所述隔离变压器将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，以降低所述交流母线的谐波电压。

相比于现有的滤波装置，本申请可以根据不同电气设备的不同频率的波形数据，灵活进行不同的谐波的滤除处理，且无需依赖电力设备即可进行滤除处理，其造价成本相对较低，适用范围较广。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图来获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的一种滤波装置结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种实现滤波方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

鉴于目前大部分的滤波装置难以适应复杂多变的滤波需求，为此，本申请人研究了一种滤波方案，包括一种滤波装置及方法，该滤波装置造价成本低，且可以提供更良好的滤波效果，可以灵活适应于不同的电气设备的滤波需求。

下面结合图1，介绍本申请实施例给出的可以实现灵活滤除不同电气设备的谐波的滤波装置。如图1所述，该滤波装置可以包括：调谐装置、隔离变压器、主电容器以及交流母线和控制装置，

其中，所述控制装置与所述主电容器之间通过所述交流母线连接，所述主电容器的另一端与所述隔离变压器连接；所述隔离变压器的另一端与所述调谐装置连接；所述调谐装置与所述控制装置的另一端连接。

在实际应用过程中，电力系统中的谐波主要来自电气设备，一般是来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波，因此发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变由此产生谐波。常见的非线性负载有开关电源、整流器、变频器、逆变器等。

例如，一般的发电源质量不高时会产生谐波，由于一般的发电机是三相绕组，在生产时比较难做到各个绕组合铁心都绝对对称，因此导致发电源质量不高，由此，质量不高的发电源会产生谐波。

在输配电系统中，电力变压器也会产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时需要考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5％。

由于电气设备会产生谐波，电气设备产生的谐波在电力系统中传递将会严重影响电力系统的供电质量，严重情况可能会损害用户或者电网的电气设备的损害，因此在电网中接入产生较大谐波的设备通常都需要配置滤波装置。

谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波，高次谐波的干扰是当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”，亟待采取对策。

一般来说，一般的电气设备产生谐波电压时，为了有效将电气设备产生的谐波电压降低，可以利用所述主电容器来承受电气设备中交流母线的电压，同时可以利用所述隔离变压器来将电气设备中的高压设备和低压设备进行隔离。以便可以通过降低所述交流母线的谐波电压来达到有效滤除电气设备的谐波的目的。

为了有效降低所述交流母线的谐波电压，所述控制装置可以用于采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据。其中，基波是指在复杂的周期性振荡中与该振荡最长周期相等的正弦波分量，相应于这个周期的频率称为基波频率。

在获取所述交流母线的电压的实施波形数据及基波波形数据之后，所述控制装置可以将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，以确保所述交流母线的电压的实施波形数据与基波波形数据的相位差为零，以便可以使得所述控制装置的控制效果较好。

在对所述交流母线的电压的实时波形数据进行的等效延时处理之后，所述控制装置可以将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以便可以获得可以供所述调谐装置参考的参考波。

经过所述控制装置处理的参考波可能会出现延时，若不对经过所述控制装置处理的参考波进行延时补偿，则所述交流母线电压的实时波形数据以及所述基波波形数据二者之间分量将在存在相位差的条件下进行相减，有可能会影响所述滤波装置的控制效果。因此，在获得所述参考波之后，所述控制装置可以将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波，同时还可以确保所述目标参考波的相位与所述调谐装置产生的目标谐波的相位保持相同。

在对所述参考波进行延时补偿得到所述目标参考波之后，所述调谐装置可以参考所述目标参考波来产生与所述目标参考波一致的目标谐波。

所述调谐装置产生与所述目标参考波一致的目标谐波之后，所述隔离变压器可以将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，其中，在上述滤波装置中，所述隔离变压器连接所述调谐装置的一侧为所述隔离变压器的一次侧，所述隔离变压器连接所述主电容器的一侧为所述隔离变压器的二次侧。所述隔离变压器将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，可以有效降低所述交流母线的谐波电压，以实现滤波的目的。

由上述介绍的技术方案可以知道，本申请实施例可以根据不同电气设备的不同频率的波形数据，灵活进行不同的谐波的滤除处理，且无需依赖电力设备即可进行滤除处理，其造价成本相对较低。

在实际应用过程中，所述控制装置可以包括滤波器、滤波器等效延时装置。由上述介绍可知，所述控制装置可以采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据，将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，并将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以获得参考波，并将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波，接下来介绍该过程，该过程可以包括如下：

所述滤波器可以采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据。

所述滤波器等效延时装置可以将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，并将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以获得参考波，并将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波。

由上述介绍的技术方案可以知道，本申请实施例的滤波器可以采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据，并由所述滤波器等效延时装置对所述实时波形数据及所述基波波形数据进行处理。以便可以根据不同电气设备的不同频率的波形数据，灵活进行不同的谐波的滤除处理，且无需依赖电力设备即可进行滤除处理，其造价成本相对较低。

在实际应用过程中，所述滤波装置还可以包括：调制波发生装置。所述调制波发生装置可以产生调制波，所述调制波可以供所述控制装置进行参考。

具体地，调谐是指调节一个振荡电路或电磁波的频率使它与另一个正在发生振荡的振荡电路或电磁波发生谐振。

本申请中的调谐装置可以调节所述目标参考波并产生与所述目标参考波一致的所述目标谐波。但所述调谐装置的启动需要一个触发脉冲才可以启动，因此，所述控制装置可以将所述目标参考波与所述调制波进行比较，以便可以获得可以触发所述调谐装置的触发脉冲，以便所述调谐装置可以基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波。

由上述介绍的技术方案可以知道，本申请实施例可以基于所述调制波发生装置产生的调制波来获得触发所述调谐装置的触发脉冲。以便所述调谐装置可以基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波。以便所述隔离变压器可以将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，有助于降低所述交流母线的谐波电压，以实现滤除谐波的目的。

由上述介绍可以看出，所述调谐装置可以在触发脉冲的触发下产生与所述目标参考波一致的目标谐波。实际应用过程中，所述控制装置还可以包括：脉冲发生装置。

基于此，所述控制装置将所述目标参考波与所述调制波进行比较，以获得触发所述调谐装置的触发脉冲的过程，可以包括如下：

所述脉冲发生装置可以将所述目标参考波与所述调制波进行比较，由此可以获得用来触发所述调谐装置的触发脉冲。

由上述介绍的技术方案可以知道，本申请实施例所述脉冲发生装置可以将所述目标参考波与所述调制波进行比较，由此可以获得用来触发所述调谐装置的触发脉冲。以便所述调谐装置可以基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波。以便所述隔离变压器可以将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，有助于降低所述交流母线的谐波电压，以实现滤除谐波的目的。

由上述介绍的技术方案可以知道，所述调谐装置可以产生与所述目标参考波一致的目标谐波，接下来介绍该过程，该过程可以包括：

由上述介绍可以知道，所述脉冲发生装置可以将所述目标参考波与所述调制波进行比较，由此可以获得用来触发所述调谐装置的触发脉冲。

在获得可以触发所述调谐装置的触发脉冲之后，所述调谐装置可以基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波。

由上述介绍的技术方案可以知道，本申请实施例中所述调谐装置可以基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波，以便所述隔离变压器可以将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，有助于降低所述交流母线的谐波电压，以实现滤除谐波的目的。

基于上述介绍的滤波装置，下面对本申请实施例提供的滤波方法进行描述，下文描述的滤波方法与上文描述的滤波装置可相互对应参照。

下面结合图2，介绍本申请实施例给出的一种可选的滤波方法的流程，如图2所示，该流程可以包括以下几个步骤：

步骤S101，利用所述控制装置采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据，将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，并将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以获得参考波，并将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波。

步骤S102，利用所述调谐装置产生与所述目标参考波一致的目标谐波。

步骤S103，利用所述隔离变压器将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，以降低所述交流母线的谐波电压。

从上技术方案可以看出，本申请实施例可以根据不同电气设备的不同频率的波形数据，利用上述介绍的滤波装置灵活进行不同的谐波的滤除处理，且无需依赖电力设备即可进行滤除处理，其造价成本相对较低。

由上述介绍可知，所述调谐装置可以在触发脉冲的触发下，产生与所述目标参考波一致的目标谐波，因此，本申请实施例可以在利用所述控制装置将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波之后，在所述利用所述调谐装置产生与所述目标参考波一致的目标谐波之前，增加获得可以触发所述调谐装置的触发脉冲的过程，该过程可以包括如下几个步骤：

步骤S201，利用所述调制波发生装置产生调制波。

步骤S202，利用所述控制装置将所述目标参考波与所述调制波进行比较，以获得触发所述调谐装置的触发脉冲。

由上述介绍可知，本申请实施例可以通过所述控制装置将所述目标参考波与所述调制波发生装置产生的调制波进行比较，以获得可以触发所述调谐装置的触发脉冲，以使得所述调谐装置可以基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波，以便所述隔离变压器可以将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，有助于降低所述交流母线的谐波电压，以实现滤除谐波的目的。

由上述介绍可知，在实际应用过程中，所述滤波装置的控制装置可以包括：滤波器和滤波器等效延时装置，基于此，所述控制装置采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据，将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，并将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以获得参考波，并将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波的过程，可以包括如下几个步骤：

步骤S301，所述滤波器采集所述交流母线的电压，并获取所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据。

步骤S302，所述滤波器等效延时装置将所述交流母线的电压的实时波形数据进行等效延时处理，并将等效延时处理后的实时波形数据与所述基波波形数据进行相减，以获得参考波，并将所述参考波进行延时补偿，以得到目标参考波。

由上述介绍可知，本申请实施例可以利用所述滤波器采集所述交流母线的电压的实时波形数据及基波波形数据，并基于所述实时波形数据及所述基波波形数据进行处理，以得到可供所述调谐装置参考的所述目标参考波。

在实际应用过程中，所述控制装置可以包括：脉冲发生装置。由上述介绍可知，本申请实施例可以利用所述控制装置可以获得触发所述调谐装置的触发脉冲，接下来详细介绍该过程，该过程可以包括：

所述脉冲发生装置可以将所述目标参考波与所述调制波发生装置产生的调制波进行比较，由此可以获得可以触发所述调谐装置的触发脉冲。

由上述介绍可知，本申请实施例可以利用所述脉冲发生装置将所述目标参考波与所述调制波发生装置产生的调制波进行比较，由此可以获得可以触发所述调谐装置的触发脉冲，以使得所述调谐装置可以基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波，以便所述隔离变压器可以将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，有助于降低所述交流母线的谐波电压，以实现滤除谐波的目的。

由上述介绍可知，本申请实施例可以利用所述调谐装置产生与所述目标参考波一致的目标谐波，接下来介绍该过程，该过程可以包括：

由上述介绍可知，本申请实施例可以利用所述脉冲发生装置产生可以触发所述调谐装置的触发脉冲，在获得所述触发脉冲之后，可以利用所述调谐装置基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波。

由上述介绍可知，本申请实施例可以利用所述调谐装置基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波，以使得所述调谐装置可以基于所述触发脉冲产生与所述目标参考波一致的目标谐波，以便所述隔离变压器可以将所述目标谐波的电压传递到所述隔离变压器的二次侧，有助于降低所述交流母线的谐波电压，以实现滤除谐波的目的。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。各个实施例之间可以相互组合。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。