本实用新型涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种电网铁磁谐振抑制装置。
背景技术：
电网铁磁谐振是电力系统内常见的一种内部过电压现象，其不仅在3～66kV中性点绝缘的电网中经常发生，而且在110kV～220kV超高压变电空母线中也屡见不鲜，这种过电压持续时间长，甚至能长时间自保持，对电力系统的运行安全危害极大，是影响电力系统中输电线路及变电设备运行安全的重要隐患，同时也是导致高压熔丝熔断、电磁式电压互感器烧损爆炸的重要原因，因此，为了保障电力系统的运行安全，必须尽量消除电网的铁磁谐振。然而，现有的电网铁磁谐振类型识别系统并不完善，存在大量识别不出铁磁谐振的情况，进而导致电网铁磁谐振的消除效果不理想。
技术实现要素：
基于此，有必要针对现有的电网铁磁谐振类型识别系统存在大量识别不出铁磁谐振的情况，导致电网铁磁谐振的消除效果不理想的问题，提供一种电网铁磁谐振抑制装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采取如下的技术方案：
一种电网铁磁谐振抑制装置，所述装置包括变压器、滤波单元、电压互感器、采样单元、模数转换单元、根据所述模数转换单元转换后的电压信号生成铁磁谐振抑制指令的中央处理器、根据所述铁磁谐振抑制指令生成脉冲信号的脉冲发生器、光隔离器、根据所述脉冲信号控制阻尼元件是否导通接入母线和地线之间的双向可控开关电子单元和所述阻尼元件，
所述变压器的一次侧端连接所述母线和所述地线，所述变压器的二次侧端连接所述滤波单元，
所述滤波单元与所述电压互感器、所述采样单元、所述模数转换单元的输入端依次连接，所述模数转换单元的输出端与所述中央处理器连接，
所述中央处理器还依次连接所述脉冲发生器、所述光隔离器、所述双向可控开关电子单元的门极，
所述双向可控开关电子单元的一端连接所述地线，所述双向可控开关电子单元的另一端连接所述阻尼元件的一端，所述阻尼元件的另一端连接所述母线。
上述电网铁磁谐振抑制装置通过变压器、滤波单元、电压互感器、采样单元、模数转换单元、中央处理器、脉冲发生器、光隔离器、双向可控开关电子单元以及阻尼元件之间结构关系的巧妙设计，使中央处理器在电网发生铁磁谐振时能够通过依次连接的变压器、滤波单元、电压互感器、采样单元、模数转换单元而得到电压信号，根据电压信号立即识别出铁磁谐振的类型并生成相应的铁磁谐振抑制指令，再通过将依次连接的阻尼元件、双向可控开关电子单元、光隔离器、脉冲发生器中与中央处理器连接，使得脉冲发生器能够根据中央处理器生成的铁磁谐振抑制指令生成控制双向可控开关电子单元动态投切的脉冲信号，进而实现对阻尼元件是否接入电网的控制，最终实现电网铁磁谐振的消除，由于中央处理器得到的电压信号与铁磁谐振密切相关，因此本实用新型的电网铁磁谐振抑制装置对电网不同铁磁谐振均能够快速识别并消除，提高了电网铁磁谐振的抑制效率，进一步保障了电网的安全正常运行。
附图说明
图1为本实用新型其中一个实施例中电网铁磁谐振抑制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本实用新型的技术方案进行详细描述。
在其中一个实施例中，参见图1所示，一种电网铁磁谐振抑制装置，该装置包括变压器1、滤波单元2、电压互感器3、采样单元4、模数转换单元5、根据模数转换单元5转换后的电压信号生成铁磁谐振抑制指令的中央处理器6、根据铁磁谐振抑制指令生成脉冲信号的脉冲发生器7、光隔离器8、根据脉冲信号 控制阻尼元件10是否导通接入母线和地线之间的双向可控开关电子单元9和阻尼元件10，
变压器1的一次侧端连接母线和地线，变压器1的二次侧端连接滤波单元2，
滤波单元2与电压互感器3、采样单元4、模数转换单元5的输入端依次连接，模数转换单元5的输出端与中央处理器6连接，
中央处理器6还依次连接脉冲发生器7、光隔离器8、双向可控开关电子单元9的门极，
双向可控开关电子单元9的一端连接地线，双向可控开关电子单元9的另一端连接阻尼元件10的一端，阻尼元件10的另一端连接母线。
在本实施例中，用于降低母线电压的变压器1的一次侧端连接于母线和地线之间；滤波单元2与变压器1的二次侧相连，用于对母线电压进行滤波处理；电压互感器3与滤波单元2连接，用于对母线电压进行转换测量；电压互感器3连接采样单元4，采样单元4采集滤波后的电压信号，实时监测母线电压有效值；中央处理器6与对采集的电压信号进行模数转换的模数转换单元5连接，对模数转换单元5转换得到的数据进行分析、计算及铁磁谐振类型判断，当电压发生跨级(即30V、60V和145V)变化，导致IO口电平信号发生改变，触发中断，同时触发采集1024点(采样频率5KHz，采样时长200ms)，这里，当采样频率为5KHz，采样时长200ms时，理论上采集1000个点，但实际中采集一般为2的n次方个，所以选取1024个点，该点数可变，只要保证较好的采集效果和处理速度即可，中央处理器6根据铁磁谐振类型判断结果生成相应的谐振抑制指令，并将谐振抑制指令发送至脉冲发生器；阻尼元件10连接在母线和地线之间，用于增加系统的阻尼，从而消除铁磁谐振；双向可控开关电子单元9连接在阻尼元件和地线之间，用于控制阻尼元件10的通断；光隔离器8的一端连接双向可控开关电子单元9的门极，另一端连接脉冲发生器7的输出端，用于保证脉冲信号从脉冲发生器7到双向可控开关电子单元9的单向传输；脉冲发生器7的另一端连接中央处理器6的接口，脉冲发生器7在接收了中央处理器6的谐振抑制指令后开始工作，并将产生的脉冲信号，例如产生频率为1000Hz、占空比为50％的脉冲信号，输入给双向可控开关电子单元9的门极上， 从而控制双向可控开关电子单元9的动态投切，将阻尼元件10接入母线和地线之间(其导通时间可由脉冲信号的占空比或者脉冲频率控制)，使铁磁谐振在阻尼元件10的作用下消失，达到消除已辨别出的铁磁谐振的目的。
在本实施例中，阻尼元件10可以为阻尼模块或者阻尼电路、阻尼电阻，优选地阻尼元件10为阻尼电阻，且阻尼电阻的功率越大，为系统提供的阻尼作用越大，消谐的效果越好。
在本实施例中，中央处理器6通过CPU内置单元对数字处理后的电压信号进行分析、计算，并对铁磁谐振的类型作出判断的方法包括以下：
若经数字处理后的信号频率成分为50Hz，其他任意频率成分幅值小于50Hz分量的5％，连续两到三个周波等值电压超过145V，则中央处理器6判定铁磁谐振类型为基频铁磁谐振，中央处理器6输入基频铁磁谐振对应的谐振抑制命令到脉冲发生器7；
若经数字处理后的信号频率成分为50Hz，出现高频成分150±5Hz，且高频频率成分幅值大于50Hz分量30％，连续两到三个周波等值电压超过145V，则中央处理器6判定铁磁谐振类型为高频铁磁谐振，中央处理器6输入高频铁磁谐振对应的谐振抑制命令到脉冲发生器7；
若经数字处理后的信号频率小于45Hz的任意频率成分幅值大于50Hz频率成分的20％，连续两到三个周波等值电压超过30V，则中央处理器6判定铁磁谐振类型为分频铁磁谐振，中央处理器6输入分频铁磁谐振对应的谐振抑制命令到脉冲发生器7；
若经数字处理后的信号频率为50Hz，连续两到三个周波等值电压大于30V且小于145V，则中央处理器6判定此时系统发生接地故障。
上述中央处理器采用零序电压阈值和快速离散傅里叶分解算法来对铁磁谐振的类型进行判断，使电网铁磁谐振抑制装置更加完善，并且后期可加入在线监测系统获取实测过电压的新特征量分类阈值，扩展了电网铁磁谐振抑制装置的功能。一旦电网铁磁谐振抑制装置监测到谐振，装置将启动抑制程序，发出一定占空比的高频脉冲信号，经双向可控开关电子单元的门极，使接在开口三角绕组上的双向晶闸管触发导通，让铁磁谐振在阻尼作用下迅速消失，此时， 中央处理器进行记录、存贮，并自动报警、显示谐振信息(时间、频率、电压值)。如果电路是过电压或单相接地故障，电网铁磁谐振抑制装置监测到后，分别给出显示和报警，并记录、存贮有关故障信息。中央处理器处理完后，返回起始状态，并继续监测电路中的状态。
此外，中央处理器必须满足硬件和软件系统协同处理的要求，其核心元件是高性能的DSP。中央处理器采用高性能的DSP作为核心元件，对PT开口三角电压(即零序电压)进行遁环在线监测。将图1中所示的A、B端子接于三角开口处，正常工作情况下，该电压小于30V，装置内的大功率阻尼元件(双向可控期间+大功率电阻)处于阻断状态，对电力系统的运行不产生影响。当PT开口三角形电压的大于30V时，表示系统中出现了故障。电网铁磁谐振抑制装置开始对此信号进行数据采集，通过电路对信号进行滤波、采样、模数转换等数字信号处理技术，然后对检测到的数据进行分析、计算，得出铁磁谐振类型。
实际上，在本实施例中，采用的是比例积分反馈控制原理来实现对铁磁谐振的自动抑制，其基本原理是基于偏差的比例放大，当偏差消失时，完成调节。具体地，阻尼元件对铁磁谐振进行阻尼作用，使谐振渐渐消失，并通过反馈单元(属于阻尼元件电路的一部分)使中央处理器实时跟踪谐振阻尼完成情况，待到开口三角形电压通过消谐控制到一个较小的值(理论应为0，可以根据实际情况设置一个较小的电压即可，亦可直接烧在硬件中)，此时中央处理器将停止发出谐振抑制指令，谐振抑制完成，该消谐过程即利用了比例积分反馈控制原理。
本实施例所提出的电网铁磁谐振抑制装置通过变压器、滤波单元、电压互感器、采样单元、模数转换单元、中央处理器、脉冲发生器、光隔离器、双向可控开关电子单元以及阻尼元件之间结构关系的巧妙设计，使中央处理器在电网发生铁磁谐振时能够通过依次连接的变压器、滤波单元、电压互感器、采样单元、模数转换单元而得到电压信号，根据电压信号立即识别出铁磁谐振的类型并生成相应的铁磁谐振抑制指令，再通过将依次连接的阻尼元件、双向可控开关电子单元、光隔离器、脉冲发生器中与中央处理器连接，使得脉冲发生器能够根据中央处理器生成的铁磁谐振抑制指令生成控制双向可控开关电子单元 动态投切的脉冲信号，进而实现对阻尼元件是否接入电网的控制，最终实现电网铁磁谐振的消除，由于中央处理器得到的电压信号与铁磁谐振密切相关，因此本实用新型的电网铁磁谐振抑制装置对电网不同铁磁谐振均能够快速识别并消除，提高了电网铁磁谐振的抑制效率，进一步保障了电网的安全正常运行。
作为一种具体的实施方式，双向可控开关电子单元是基于两个反向MOSFET管的可控电子开关。金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管，依照其“通道”(工作载流子)的极性不同，可分为“N型”与“P型”两种类型，通常又称为N MOSFET与P MOSFET，或者NMOS、PMOS等。具体地，如图1所示，双向可控开关电子单元包括第一MOSFET管、第二MOSFET管、第一二极管、第二二极管、阴极与第一MOSFET管的漏极连接的第三二极管、阳极与第二MOSFET管的源极连接的第四二极管，
第一二极管的阳极连接第一MOSFET管的源极，第一二极管的阴极连接第一MOSFET管的漏极，
第二二极管的阳极连接第二MOSFET管的源极，第二二极管的阴极连接第二MOSFET管的漏极，
第三二极管的阳极和第四二极管的阴极均通过阻尼元件连接母线，
第一MOSFET管的源极和第二MOSFET管的漏极均连接地线，
第一MOSFET管的栅极和第二MOSFET管的栅极均通过光隔离器连接脉冲发生器。
由于电网铁磁谐振装置监测的是电网中的交流电压，有正有负，因此本实施方式采用两个反向MOSFET管形成双向可控的开关电子单元，对阻尼元件进行开断控制，通过频率来实现等效阻尼阻值的动态变化，能够充分发挥阻尼交流电作用，而且本实施方式无需双向晶闸管来控制阻尼元件接入电路的时间，提高了阻尼元件控制的可靠性和灵敏性。
作为一种具体的实施方式，电网铁磁谐振抑制装置还包括根据中央处理器的指令进行信息显示以及接收输入指令的显示指示灯键盘接口，显示指示灯键 盘接口与中央处理器连接。电网铁磁谐振抑制装置通过显示指示灯键盘接口能够将装置监测到的谐振信息进行显示，供工作人员观察，或者通过显示指示灯键盘接口接收用户输入的指令，对中央处理器进行相应的控制。
作为一种具体的实施方式，电网铁磁谐振抑制装置还包括根据中央处理器的指令进行报警指示的开出量接口，开出量接口与中央处理器连接。电网铁磁谐振抑制装置通过开出量接口向外界传达中央处理器的各种判断结果，并给出各类报警指示，例如在监测到电网发生铁磁谐振时发出相应的告警信息，从而及时提醒工作人员。
作为一种具体的实施方式，电网铁磁谐振抑制装置还包括与外界网络进行数据传输的通讯接口，通讯接口与中央处理器连接。中央处理器通过通讯接口能够与外界网络进行数据的相互传输交流，提高对数据的处理能力，便于对数据的存储。
作为一种具体的实施方式，电网铁磁谐振抑制装置还包括为中央处理器提供实时时间的实时时钟单元，实时时钟单元与中央处理器连接。实时时钟单元为中央处理器提供实时的时间，并能够通过显示电路在显示器上进行显示。
作为一种具体的实施方式，电网铁磁谐振抑制装置还包括提供电源的电池供电单元。为现场使用方便，本实用新型所提出的电网铁磁谐振装置可以采用双供电模式，即可以直接采用电池供电，也可以采用现场提供的电源，例如AC/DC 80～250V，功耗小于15W。本实施方式采用电池供电单元为电网铁磁谐振装置供电，例如为双向可控开关电子单元的驱动电路供电，为模数转换单元的驱动电路供电，为中央处理器供电，为脉冲发生器供电等，以保证电网铁磁谐振装置工作的可靠性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。