零相序电流滤波器的零相序阻抗调整的装置与方法

摘要

一种零相序电流滤波器的零相序阻抗调整的装置与方法，以调整在一多相AC电源与一负荷间一带共同端点的零相序滤波器的零相序阻抗。此种装置与方法含有一阻塞器带有两端点与一或多个分接头，一输入中性线和一输出中性线，而输入中性线连接AC电源，与输出中性线连接负荷，及零相序滤波器的共同端点经阻塞器连接输入中性线和输出中性线；并藉改变阻塞器的分接头的手段以达成改变与负荷并联的零相序滤波器的零相序阻抗。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及针对多相AC电源的零相序电流滤波器；特别的是，本发明涉及一种零相序电流滤波器的零相序阻抗调整。

(二)背景技术

在3相4线式配电系统中，如果负荷是不平衡的，在配电系统的中性在线将有零相序成份电流出现。所有的零相序电流是彼此同相，且相互间没有相序存在，因而中性在线的零相序电流的量为相在线的零相序电流的量的3倍。然而，不管负荷是否平衡，在3相4线式配电系统上的非线性负荷都将导致零相序电流呈现在中性在线。故而，因非线性负载大量使用在使用三相四线式配电系统的一般商业大楼中，有时造成一般商业大楼的中性线零相序成份电流的量甚至可能超过相电流。

其中，中性线的零相序电流早已被认为不利于系统运作，可能造成的问题，包括中性线超载、变压器过热、可用的系统容量降低、增加功率损失与其它的已知问题。

许多系统被推荐以处理3相4线式配电系统的中性线零相序电流，但却较为复杂与昂贵，且需要复杂化的电子装置，使得使用时更是相对麻烦。

在3相4线式配电系统中，通常使用具有一低零相序阻抗零相序的零相序滤波器控制零相序谐波。藉由低的零相序阻抗以吸引零相序谐波电流，使流入配电系统中的零相序谐波可有效地减少。其中，最常用的零相序滤波器为之字型接线的电抗器或自耦变压器，由于价格、可靠性与容易安装上之优点，而常用于三相四线式配电系统中以控制中性线的零相序电流。而常用于三相四线式配电系统中以控制中性线的零相序电流。

虽然，一零相序滤波器常被设计成针对零相序电流以提供最低可能的阻抗，并配合在该零相序滤波器与电源之间介入一阻塞器以尽可能迫使零相序电流可大多经中性线流入零相序滤波器，并阻止大量零相序电流流入配电系统。然而，在有些特殊系统需求状况下，其需要一高阻抗；例如在配电系统中，特别是在商业建筑物中，因设备的相对频繁扩充，而可能使新的系统需求增加。在此种状况下，在配电系统中，其已经存在的之字型滤波器必须被去除，以适应此特殊的高阻抗；并针对此一高阻抗状况的需求，以客制化设计的一之字型滤波器将替换。

图1为先前技术图标，以显示一种带有可调整零相序阻抗的零相序电流滤波器，其包括第一、第二与第三铁心脚，每一铁心脚具有第一与第二线圈连接成一之字型电抗器，每一第一线圈3a1、3b1、3c1具有一输入端点13a1、13b1、13c1以连接至此三相电力供应网络的其中一相a、b、c，每一第二线圈3a2、3b2、3c2的一结束点被连接至一共同端点N，以连接至一中性线导体，以及使用改变在同一铁心脚上第一线圈的有效圈数与第二线圈的有效圈数的相对比值作为调整零相序阻抗的手段。其藉由一零相序的之字型滤波器提供在每一铁心脚上的线圈之一上带有一或多个分接头，或是一辅助线圈3a3、3b3、3c3上带有一或多个分接头13a2、13b2、13c2、13a3、13b3、13c3连接至在每一铁心脚上的线圈之一；视需要，藉由传统上的开关装置，利用此分接头或辅助线圈，以经由此分接头或辅助线圈的输入端点重建电源与滤波器的连接。此种具有额外分接头或辅助线圈的之字型电抗器，藉由调整零相序磁通以提供一种调整零相序谐波电流滤波器的零相序阻抗，可在维持个体不变的状况下，当在配电网络上的改变需求需要时，能配合以改变该滤波器的零相序阻抗，而不需要其它的外来装备或更替以客制化设计的新装备。

但此种具有额外分接头或辅助线圈的之字型滤波器，在藉由分接头或辅助线圈以改变滤波器的零相序阻抗时，也将改变该滤波器的正序与负序阻抗，因而必然也造成配电系统的正序与负序成份波动的不利影响。

因此，有一种需求，在系统需要配合以改变一零相序滤波器装置的零相序阻抗时，不需要其它的外来装备或更替以客制化设计的新装备；该零相序滤波器装置能配合系统需要改变该装置的零相序阻抗，而且不影响该装置的正序阻抗与负序阻抗。

(三)发明内容

本发明要解决现有技术的上述缺点，提供一种零相序电流滤波器的零相序阻抗调整的装置与方法，作为调整在一多相AC电源与一负荷之间一带有共同端点的零相序滤波器的零相序阻抗，且不影响该零相序滤波器的正序阻抗与负序阻抗。

为实现上述需求，本发明提供一种装置与方法以作为调整在一多相AC电源与一负荷之间一带有共同端点的零相序滤波器的零相序阻抗，其中，该装置含有一阻塞器带有两端点与一或多个分接头，一输入中性线和一输出中性线，而输入中性线连接至多相AC电源，与输出中性线连接至负荷，以及零相序滤波器的共同端点经由阻塞器连接至输入中性线和输出中性线；并藉由改变所连接的阻塞器的分接头的手段以达成改变与负荷并联的零相序滤波器的零相序阻抗。

因为，在3相4线式配电系统中，零相序滤波器的共同端点上仅有零相序电流的成份会呈现，造成与零相序滤波器的共同端点连接的阻塞器上也祇存在零相序电流成份；故可藉由改变阻塞器的一个分接头的连接的手段，达成改变与负荷并联的零相序滤波器的零相序阻抗，且祇影响配电系统中的零相序电流成份。此种透过控制开关在3相4线式配电系统中改变连接的阻塞器的分接头，对透过阻塞器与中性线连接的零相序滤波器而言，可以达到祇改变零相序滤波器的零相序阻抗，而不影响零相序滤波器的正序阻抗与负序阻抗。

进一步的改进，本发明的各个实施例中均可在多相AC电源和零相序滤波器之间的输入中性在线连接一个额外的阻塞器；此种改进，可增加电源的中性线阻抗，使得零相序电流经由配电变压器更为困难，以阻碍在系统别处产生的零相序成份进入零相序滤波器，并可防止因操作不当而对系统产生的不利影响。

此外，本发明的阻塞器可以是电感器，因而，几乎不消耗能量，故对系统的效率不会有不良的影响。

当本发明在实际施行之际，本发明可以有其它各种且不完全一样的实体化措施；其能仅修整数个本发明的细节，而不偏离本发明所叙述申请专利范围所记载之各项技术事项的观点，来实行本发明。因而，本发明所作之描述及绘图仅只是在此被视为本质上之说明，而非是实际实行之限制。

(四)附图说明

图1为先前技术图标，以显示一种带有可调整零相序阻抗的零相序电流滤波器。

图2为本发明的装置与方法的第一实施例具体化的一电路图，以说明本发明的装置连接以一典型的多相AC电源、一典型的带有共同端点的零相序滤波器与一典型的非线性负荷。

图3为一典型的带有共同端点的之字型零相序滤波器的一电路图图标。

图4为一典型的带有共同端点的wye-delta零相序滤波器的一电路图图标。

图5为本发明的装置与方法的第二实施例具体化的一电路图，以说明本发明的装置连接以一典型的多相AC电源、一典型的带有共同端点的零相序滤波器与一典型的非线性负荷。

图6为本发明的装置与方法的第三实施例具体化的一电路图，以说明本发明的装置连接以一典型的多相AC电源、一典型的带有共同端点的零相序滤波器与一典型的非线性负荷。

图7为本发明的装置与方法的第四实施例具体化的一电路图，类同于图2电路图的增加一个额外的阻塞器在一多相AC电源和一零相序滤波器之间的该输入中性在线。

主要组件符号说明

之字型电抗器的第一线圈 3a1、3b1、3c1

之字型电抗器的第一线圈的输入端点 13a1、13b1、13c1

三相的其中一相 a、b、c

之字型电抗器的第二线圈 3a2、3b2、3c2

之字型电抗器的辅助线圈 3a3、3b3、3c3

零相序滤波器的共同端点 N

之字型电抗器的辅助线圈的分接头 13a2、13b2、13c2、13a3、13b3、13c3

零相序滤波器 30、30a

多相AC电源 10

非线性负荷 20

带有分接头的阻塞器 40

阻塞器的分接头其中之一 42a、42b、42c、42d

阻塞器的两端点其中之一 401、402

控制开关 50

接点 301a、301b、301c

输入中性线 101

输出中性线 102

输入中性线的额外阻塞器 60

(五)具体实施方式

本发明的零相序电流滤波器的零相序阻抗调整的装置与方法适用于在一多相AC电源配电系统中调整多相AC电源和中性线的零相序电流。本发明的装置与方法调整在一多相AC电源与一负荷之间一带有共同端点的零相序滤波器的零相序阻抗时，且不影响零相序滤波器的正序阻抗与负序阻抗。

图2为一本发明的装置与方法的第一实施例具体化的一电路图，以说明本发明的装置连接以一典型的多相AC电源、一典型的带有共同端点的零相序滤波器与一典型的非线性负荷。图3为一典型的带有共同端点的之字型零相序滤波器30的一电路图图标。图4为一典型的带有共同端点的wye-delta零相序滤波器30a的一电路图图标。在图2中的带有共同端点的零相序滤波器可以是如图3所示的之字型电抗器30，或是以图4所示的wye-delta零相序滤波器30a替换在图2中的带有共同端点的零相序滤波器30。在图2中，零相序滤波器30藉由接点301a、301b、301c连接至一多相AC电源10与一非线性负荷20；且零相序滤波器30的共同端点N连接至一阻塞器40的两端点其中之一401，并经由阻塞器的一个分接头(42a或42b或42c或42d)或两端点其中之另一端点402藉由控制开关50连接至前述的输入中性线101和前述的输出中性线102。

在图2的电路图中，因零相序滤波器的共同端点上仅有零相序电流的成份会呈现，造成连接至零相序滤波器的共同端点的阻塞器上也祇存在零相序电流；故而，以下述说明做为例示，藉由控制开关50以改变阻塞器40的一个分接头的连接，而使控制开关连接的阻塞器由原本的分接头42a改换成分接头42b，将造成透过阻塞器40与输出中性线并联连接至非线性负荷的零相序滤波器等效零相序阻抗增加的改变，且祇影响电路图中的零相序电流成份。此种运作效应，将可达到改变与负荷并联连接的零相序滤波器的等效零相序阻抗，而不影响零相序滤波器的正序阻抗与负序阻抗。

使得在特殊系统需求需要的状况下，不需针对一高阻抗状况需求，而特别以客制化设计的一之字型滤波器将原装置替换。而祇需视系统需求，适宜的改换控制开关连接的阻塞器的分接头，即可达到改变装置的零相序阻抗以配合系统需要。

图5为本发明的装置与方法的第二实施例具体化的一电路图，以说明本发明的装置连接以一典型的多相AC电源、一典型的带有共同端点的零相序滤波器与一典型的非线性负荷。图中，零相序滤波器30藉由接点301a、301b、301c连接在一多相AC电源10与一非线性负荷20之间；且一输入中性线101和一输出中性线102连接至阻塞器40的两端点其中之一401，并经由阻塞器的一个分接头(42a或42b或42c或42d)或两端点其中之另一端点402藉由控制开关50连接至零相序滤波器30的共同端点N。

图6为本发明的装置与方法的第三实施例具体化的一电路图，以说明本发明的装置连接以一典型的多相AC电源、一典型的带有共同端点的零相序滤波器与一典型的非线性负荷。图中，零相序滤波器30藉由接点301a、301b、301c连接在一多相AC电源10与一非线性负荷20之间；且零相序滤波器30的共同端点N连接至阻塞器40的两端点其中之一401，以及阻塞器两端点的另一端点402连接至一输入中性线101，并经由阻塞器的一个分接头(42a或42b或42c或42d)藉由控制开关50连接至一输出中性线102。

第二实施例与第三实施例也可如第一实施例的例示说明，藉由控制开关50以改变阻塞器40的一个分接头的连接，而使透过阻塞器与输出中性线与非线性负荷并联连接的零相序滤波器的等效零相序阻抗的改变，且祇影响电路图中的零相序电流成份。

图7为本发明的装置与方法的第四实施例具体化的一电路图，类同于图2电路图的增加一个额外的阻塞器60在前述的多相AC电源10和前述的零相序滤波器30之间的输入中性线101上，以抑制在系统别处产生的零相序成份进入零相序滤波器。此外，第二实施例与第三实施例也可如第四实施例的例示，增加一个额外的阻塞器在前述的多相AC电源和前述的零相序滤波器之间的前述的输入中性在线(未显示)。

实际运作时，各实施例可以如第一实施例之例示说明，将各实施例的零相序滤波器视设计需要，而使用之字型零相序滤波器30或wye-delta零相序滤波器30a。

前述的各种实行之形态，系作为一例示来阐明本发明，但本发明并不受到该等实施形态之限制。在本次公开中，仅只显示且描述本发明少量的各式各样的一些例示。本发明能够应用在各式各样的其它组合及环境中，而且能够在不超过类似于上述说明之本发明概念的范围内改变或修正。