复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法
【专利摘要】本发明提供的复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，是由复合电力负载系统、滤波系统和智能检测与控制系统构成的复合电力负载动态谐波滤波系统，可以实现动态谐波滤波功能。本发明应用在供电系统中对电力负载进行谐波滤波，随着电力系统的运行，当复合电力负载产生的谐波量发生变化或者谐波滤波器中的电容器组容抗发生改变时，智能控制器控制滤波系统中的电容器容量和可变电抗器的电感量，首先投切电容器组吸收电网谐波，再进行调谐。
【专利说明】复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力复合负载谐波滤波领域，特别是一种复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的快速发展，各行业领域使用的非线性负载及装置的数量越来越大、用途越来越广、同时非线性负载及装置产生的谐波对电网的危害性也在增大。应用于工业与商业以及民用照明领域中的非线性负载及装置是产生谐波的主要来源。动态治理谐波对于改善电能质量和节能会起到事半功倍的效果。因此，对电力系统中谐波电流的产生、传播、控制与治理等研究正在引起学术界、产业界以及政府部门的高度重视。
[0003]提供一种兼顾无源电力滤波和有源电力滤波特点的“电力复合负载动态谐波滤波技术及装置”是本申请者长期以来追寻的目标。
[0004]在研究中发现，工业现场复合电力负载产生的谐波具有不同的特性，复合电力负载动态谐波滤波器的动态调谐旨在以下两方面的应用:当复合电力负载产生的谐波发生变化时，能进行自动调节电容器容量，保持滤波效果不变；当电容器组容抗发生变化时，能够自动调节可变电抗器的电感量，维持谐振点不变。实现可变电抗器感抗的连续调节以及动态谐波滤波的协调控制策略是本发明要解决的关键问题，而协调控制策略执行的前提是电力复合负载动态谐波器结构创新。为此，本发明以无源动态谐波滤波器为基础，根据复合电力负载产生的谐波特性，研究基于可变电抗器的电力复合负载动态谐波滤波技术。
[0005]本发明预期研究成果的目标是提出电力复合负载动态谐波滤波技术，形成具有自主知识产权的电力复合负载动态谐波滤波技术，利用此技术研制电力复合负载动态谐波滤波器替代进口谐波滤波装置，为电力复合负载动态谐波滤波技术及装置的产业化奠定理论技术基础。
[0006]中国专利文献“一种可变电抗器(200610019026.6)”主要涉及一种阻抗值可以无级改变的电抗器，主要有一次绕组和二次绕组构成，通过对二次绕组侧施加控制，就可以无极地调节一次绕组上的阻抗值，为实现智能化控制创造了条件；但是在谐波滤波方面，单一调节可变电抗器是不能实现动态滤波的，要通过电感与电容的协调控制实现滤波功能。中国专利文献“动态调谐滤波器(200910063641.0)”主要涉及一种动态滤波装置，该装置的应用可以动态调节可变电抗器的电感量，滤除单一频次的电网谐波；但是在传统谐波滤波器的使用中，电容器容量会发生变化，容抗也相应改变，而该装置无法实现动态调节电容器组吸收电网谐波并自动调谐功能。因此，针对该问题，申请者提出了一种复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，针对电容器容抗改变和电网谐波量的变化情况，能够通过智能控制器首先投切合适的电容器组吸收电网的谐波，并进一步调节可变电抗器进行动态调谐。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是:针对复合电力负载产生的谐波量的变化以及电容器组容抗的改变情况，研究寻求最优的动态谐波滤波智能控制方法，在谐波频率下，搜索跟踪谐波源，控制滤波系统中的电容器容量和可变电抗器的电感量，首先投切电容器组，再进行调谐。
[0008]本发明解决其技术问题采用以下的技术方案:
[0009]本发明提供的复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，其依据复合电力负载产生的谐波特性，采用可变电抗器的复合电力负载动态谐波滤波技术，实现对复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制，具体是:在电网实际运行中，当复合电力负载产生的谐波量发生变化时，智能控制器动态调节可调节电容器组的容量，吸收电网谐波，使得复合电力负载动态谐波滤波器时刻都能保持谐振而达到良好的滤波效果；当可调节电容器组的容抗发生变化时，智能控制器使可变电抗器在功率变换电路的作用下动态调节电感量，实现复合电力负载动态谐波滤波器的动态调谐。
[0010]本发明提供的上述复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，其可以采用以下步骤的方法:
[0011]I)接通电源，智能电能检测模块以及智能控制器接入电源后得电，智能控制器开始工作；
[0012]2)通过智能控制器将接触器KMl闭合，此时电网的复合电力负载投入运行；可变电抗器的一次侧绕组与可调节电容器组串联后接入进线端，由可调节电容器组与可变电抗器组成的谐波滤波系统投入运行；
[0013]3)从复合电力负载启动运行开始，智能控制器通过分析电路产生的谐波信号，控制接触器KMll?KMln的闭或开，从而将最佳电容接入电网；同时输出另外的脉冲信号，控制功率变换电路的晶闸管的通断角，调节可变电抗器的一次侧绕组的最佳电感值，在谐波频率f下，构成一低阻抗回路以吸收谐波；
[0014]4)当复合电力负载正常运行后，谐波滤波系统继续进行电网谐波滤波，实时检测电网的谐波源，当负载变化时，通过智能控制器分析电路的功率因数和谐波信号，根据最佳电容值投切可调节电容器组；同时动态调节可变电抗器的电感，保持谐振频率点不变，使滤波效果得到保证；
[0015]经过上述步骤实现复合电力负载的正常运行和谐波治理。
[0016]上述方法中，随着电网系统的运行，当可调节电容器组容抗发生改变时，首先投切可调节电容器组，再进行调谐可变电抗器的电感，以改善发生漂移的谐振点。
[0017]所述的投切可调节电容器组是指:智能控制器通过计算得出最佳的电容器容量，控制接触器开关来投切可调节电容器组，得到投入的电容值，以提供滤波容量。
[0018]上述方法中，在投入可调节电容器组的电容值的基础上，智能控制器根据LC无源滤波的原理，计算出最佳的电感值，并控制输出调节信号，调节可变电抗器电抗值L的大
小，在谐波频率f下，构成一低阻抗值为的回路，以实现对复合电力负载动态谐
波的有效滤除。
[0019]本发明提供的复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，其在含有复合电力负载的供电系统或电力负载中的应用。
[0020]本发明提供的复合电力负载动态谐波滤波的控制方法，以无源动态谐波滤波器为基础，提出感抗与容抗可变的动态谐波滤波器拓扑结构优化技术。依据复合电力负载产生的谐波特性，采用可变电抗器的电力复合负载动态谐波滤波技术，对供电系统或电力负载进行动态谐波滤波。因此，本发明与现有的滤波技术相比较，具有以下优点:
[0021](I)在谐波频率下，动态搜索跟踪谐波源，对供电系统或电力负载进行谐波滤波，通过智能控制器控制滤波系统中的电容器容量和可变电抗器的电感量，保持电网的谐振状态，吸收电网谐波，而实现复合电力负载动态谐波滤波。
[0022](2)针对电容器组容抗变化引起的系统失谐情况，智能控制器通过动态调节可变电抗器的电感，保持谐振频率点不变，使滤波效果能得到保证。
[0023](3)针对复合电力负载产生的谐波量变化的情况，智能控制模块通过计算得出最佳的电容器容量，控制接触器开关来投切电容器组，得到投入的电容值，以提供合适的滤波容量，使动态谐波滤波器在滤波支路中谐波吸收电流达到最大值。再进一步控制可变电抗器的电感值，进行调谐。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明采用的一种用于复合电力负载的动态谐波滤波器的结构示意图。
[0025]图2是本发明采用的一种用于复合电力负载的动态谐波滤波器的电路原理图。
[0026]图中:1.高压隔离开关；2.高压断路器；3.电压电流互感器；4.智能电能检测模块；5.复合电力负载；6.可变电抗器；7.功率变换电路；8.智能控制器；9.可调节电容器组。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但并不局限于下面所述内容。
[0028]本发明提供的电力复合负载动态谐波滤波的协调控制方法，具体是:在电网实际运行中，当复合电力负载产生的谐波量发生变化时，能够动态调节可调节电容器组9的容量，吸收电网谐波，使得滤波器时刻都能保持谐振而达到良好的滤波效果；当可调节电容器组9的容抗发生变化时，可变电抗器6在功率变换电路7的作用下动态调节电感量，实现动态调谐。
[0029]本发明提供的上述电力复合负载动态谐波滤波的协调控制方法，具体是采用包括以下步骤的方法:
[0030]1.手动合闸QS (高压隔离开关1)、QF (高压断路器2)，电路中的智能电能检测模块4以及智能控制器8接入电源后得电，智能控制器8开始工作；
[0031]2.通过智能控制器8将接触器KMl闭合，此时电网的复合电力负载5投入运行；可变电抗器6的一次侧绕组与可调节电容器组9串联后接入进线端，通过运行开关KM2控制滤波系统投入运行；
[0032]3.从复合电力负载5启动运行开始，智能控制器8通过分析电路产生的谐波信号，控制接触器KMlI?KMln的闭或开，从而将最佳电容接入电网；同时输出另外的脉冲信号，控制功率变换电路7的晶闸管的通断角，调节可变电抗器6的一次侧绕组的最佳电感值，在谐波频率f下，构成一低阻抗回路以吸收谐波；
[0033]4.当电力负载正常运行后，谐波滤波系统继续进行电网谐波滤波，实时检测电网的谐波源，当负载变化时，通过智能控制器8分析电路的功率因数和谐波信号，根据设定值投切电容器组；同时动态调节可变电抗器6的电感，保持谐振频率点不变，使滤波效果得到保证。
[0034]经过上述步骤实现复合电力负载的正常运行和谐波治理。
[0035]本发明提供的复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，其创新点在于:本方法是一种集无源电力滤波和有源电力滤波特点的“复合电力负载动态谐波滤波技术”的技术。国内有无源电力滤波和有源电力滤波等技术及装置，但本发明所提供的电力复合负载动态谐波滤波的协调控制方法在国内相关文献中尚未发现相同或类似报道。本发明方法综合了无源电力滤波和有源电力滤波技术的优点，针对负载变化情况，用最优的动态谐波滤波智能控制方式，针对负载变化(感性负载的突变、容性负载的突变、感性负载突变到容性负载和容性负载突变为感性负载)情况，跟踪谐波源,实时检测并确定电网主要谐波成分，通过智能控制算法实时计算滤波器的最佳的电容值和电感值，依靠智能控制器自动调节动态谐波滤波器参数、分段投切电容器组，对供电系统进行动态谐波滤波。
[0036]本发明提供的电力复合负载动态谐波滤波的协调控制方法，可以由一种用于复合电力负载的动态谐波滤波器实现，该电力复合负载动态谐波滤波器的结构如图1和图2所示，由智能检测与控制系统、复合电力负载系统和滤波系统构成，它们的输入端经过高压隔离开关1、高压断路器2和电压电流互感器3与电网直接相连，复合电力负载系统和滤波系统输出端接地，复合电力负载5由启动开关KMl控制启动，滤波系统由运行开关KM2控制运行。
[0037]所述的智能检测与控制系统的结构如图2所示，是由智能电能检测模块4与智能控制器8组成，其中:智能电能检测模块4的一端与电压电流互感器3相连，智能电能检测模块4的另一端通过传输信号线与智能控制器8的一个端口相连，智能控制器8的输出端通过传输线控制功率变换电路7的工作状态。
[0038]所述的复合电力`负载系统的结构如图2所示，是由含非线性电力负载及装置的复杂负载系统构成，它的一端通过启动开关KMl与电网相接，它的另一端接地。
[0039]所述的滤波系统的结构如图2所示，是由可变电抗器6与可调节电容器组9串联组成，其中:可变电抗器6的原边直接由运行开关KM2接入电网，控制运行；可变电抗器6的副边接功率变换电路7。可调节电容器组9是由一系列电容器组C和相对应的η个接触器，η个快速熔断器组成。快速熔断器FU1、快速熔断器FU2…快速熔断器FUn的一端分别与高压接触器KMl、高压接触器ΚΜ2…高压接触器KMn的一端相接，高压接触器KMl、高压接触器ΚΜ2…高压接触器KMn的另一端分别与电容器组Cl、电容器组C2…电容器组Cn的一端相接。电容器组Cl、电容器组C2…电容器组Cn的另一端接地。
[0040]上述的智能检测与控制系统、复合电力负载系统以及滤波系统之间的协调工作是由智能控制器8 (工业可编程控制器，如S7-200PLC)来实现的。电压电流互感器3采集到的三相电压电流信号输入到智能控制器8中，智能控制器8通过分析、处理后，将输出模拟量控制功率变换电路7的晶闸管的触发角，进而改变可变电抗器6的电感量。
【权利要求】
1.复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，其特征是依据复合电力负载(5)产生的谐波特性，采用可变电抗器(6)的复合电力负载动态谐波滤波技术，实现对复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制，具体是:在电网实际运行中，当复合电力负载(5)产生的谐波量发生变化时，智能控制器(8)动态调节可调节电容器组(9)的容量，吸收电网谐波，使得复合电力负载动态谐波滤波器时刻都能保持谐振而达到良好的滤波效果；当可调节电容器组(9)的容抗发生变化时，智能控制器(8)使可变电抗器(6)在功率变换电路(7)的作用下动态调节电感量，实现复合电力负载动态谐波滤波器的动态调谐。
2.根据权利要求1所述的复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，其特征是采用以下步骤的方法: 1)接通电源，智能电能检测模块(4)以及智能控制器(8)接入电源后得电，智能控制器(8)开始工作； 2)通过智能控制器(8)将接触器KMl闭合，此时电网的复合电力负载(5)投入运行；可变电抗器(6)的一次侧绕组与可调节电容器组(9)串联后接入进线端，由可调节电容器组(9)与可变电抗器(6)组成的谐波滤波系统投入运行； 3)从复合电力负载(5)启动运行开始，智能控制器(8)通过分析电路产生的谐波信号，控制接触器KMll?KMln的闭或开，从而将最佳电容接入电网；同时输出另外的脉冲信号，控制功率变换电路(7)的晶闸管的通断角，调节可变电抗器(6)的一次侧绕组的最佳电感值，在谐波频率f下，构成一低阻抗回路以吸收谐波； 4)当复合电力负载(5)正常运行后，谐波滤波系统继续进行电网谐波滤波，实时检测电网的谐波源，当负载变化时，通过智能控制器(8)分析电路的功率因数和谐波信号，根据最佳电容值投切可调节电容器组(9);同时动态调节可变电抗器(6)的电感，保持谐振频率点不变，使滤波效果得到保证； 经过上述步骤实现复合电力负载的正常运行和谐波治理。
3.根据权利要求2所述的复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，其特征在于随着电网系统的运行，当可调节电容器组(9)容抗发生改变时，首先投切可调节电容器组(9)，再进行调谐可变电抗器(6)的电感，以改善发生漂移的谐振点。
4.根据权利要求2所述的复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，其特征在于所述的投切可调节电容器组(9)是指:智能控制器(8)通过计算得出最佳的电容器容量，控制接触器开关来投切可调节电容器组(9)，得到投入的电容值，以提供滤波容量。
5.根据权利要求4所述的复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，其特征是在投入可调节电容器组(9)的电容值的基础上，智能控制器(8)根据LC无源滤波的原理，计算出最佳的电感值，并控制输出调节信号，调节可变电抗器(6)电抗值L的大小，在谐波频率f下，构成一低阻抗值为l/2;rVZ万的回路，以实现对复合电力负载(5)动态谐波的有效滤除。
6.权利要求1至5中任一权利要求所述复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法的用途，其特征是在含有复合电力负载的供电系统或电力负载中的应用。
【文档编号】H02J3/01GK103825276SQ201410093647
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】陈静, 梁彦令, 宋树宏, 袁佑新, 肖純, 王一飞, 宋兴宇, 邓世杰 申请人:武汉理工大学