一种供用电系统谐波隔离方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种谐波治理技术，尤其涉及一种供用电系统谐波隔离方法及其装置。
【背景技术】
[0002]在现代工业和民用供电系统中，由于存在大量非线性负载，例如:电弧炉、感应炉、电力机车、整流设备、变频设备、日光灯、气体放电灯以及其它含有大功率半导体器件或电弧、铁磁设备等非线性负荷，在电网中就会产生相应的非线性电流；而非线性电流在电网阻抗上产生压降，使供电电压波形发生畸变，变为非正弦波；非正弦波可分解为50Hz的工频基波和许多整数倍于基波的谐波(2次、3次、4次、5次，……)。其中谐波对电网和电气设备将产生不良影响，其主要危害如下:
[0003]①谐波电流造成系统电能利用率下降、功率损耗增加；
[0004]②对电容器具有电流放大作用，影响无功补偿；
[0005]③降低系统功率因数，补偿装置无法提高功率因数；
[0006]④导致电缆发热、局部放电、击穿、放炮、着火现象较多，电缆的使用寿命较短；
[0007]⑤由于系统损耗加大导致变压器、线路、电动设备等发热、绝缘老化、使用寿命缩短；
[0008]⑥系统谐波谐振、噪声大，可能引起变压器谐振或烧毁、电压互感器过电压爆炸或保险熔断；
[0009]⑦谐波污染引起继电保护和自动装置误动，造成系统多次不明原因停电事故；
[0010]⑧微机系统、数据传输系统、自动录波系统和继电保护装置出现抗干扰能力降低，有数据丢失、误动、误显示、通讯中断等现象。
[0011]为了限制谐波对电网和电气设备的不良影响，我国制定了相应的国家标准:《电能质量公用电网谐波》GB/T 14549—1993。
[0012]国内外普遍采用的谐波治理装置有两类:一类是基于调谐吸收谐波电流原理的无源滤波装置。另一类是基于瞬时无功功率理论的谐波电流抵消原理的有源滤波装置。但对于具有丰富的谐波含量的非线性负荷(谐波源)的滤波，无源滤波装置和有源滤波装置的滤波效果较差。而且，无源滤波装置需要设计更多次滤波器，其成本和损耗加大；有源滤波装置需要更高的检测、响应速度和输出功率，成本和功耗也进一步加大。此外，现有的无源滤波装置和有源滤波装置的谐波治理原理是并联接入的集中处理机制，局部的谐波源会通过电缆和电容器放大污染整个电网，殃及接入该电网无谐波源的用户。而且，在许多场合下，虽然采用了滤波措施，但监测点的谐波含量仍然超标。
【发明内容】
[0013]本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种运用谐波阻尼原理，将滤波效果不好、具有丰富谐波含量的谐波源进行有效隔离，使经谐波隔离后的供电电压质量符合国家电压质量标准的要求，而且，可以对大功率谐波源分散隔离，有效地避免大功率谐波源负荷对非谐波源负荷或用户的污染的一种供用电系统谐波隔离方法及其装置。
[0014]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0015]一种供用电系统谐波隔离方法，其特征在于:包括如下步骤:
[0016]步骤一、设置可变电抗器和电容器串并联组件，形成具有谐波阻尼的串联通道和具有谐波流动的并联通道。其中，可变电抗器和电容器串并联组件包括可变电抗器和电容器串联组件和可变电抗器和电容器并联组件；
[0017]组件一:所述可变电抗器和电容器串联组件包括多个参数不同的电抗器和电容器串联支路并联而成谐波阻尼电路，阻尼谐波从谐波源侧向电网流动；并且每个电抗器和电容器串联支路的中元件参数应满足条件为:
[0018]条件一:该串联支路中电抗器的感抗值大于等于电容器的容抗值，每个电抗器的感抗值和电抗器的内电阻值之比不低于100 ；
[0019]条件二:每个电抗器和电容器串联支路的电压损耗以及不同串联支路并联组合的电压损耗不高于额定电压的5%。
[0020]组件二:可变电抗器和电容器并联组件包括多个参数不同的电抗器和电容器并联而成谐波疏通和功率因数调整电路，按感性和容性无功功率容量配置电抗器和电容器的电抗值和容抗值。
[0021]步骤二、将可变电抗器和电容器串并联组件接入谐波源入口，分离供用电系统中的谐波源和非谐波源，形成可以进行谐波隔离的含谐波源的非线性区域和不含谐波源的线性区域，具体是:
[0022]三相可变电抗器和电容器串联组件由三个相互独立、对应元件参数相同的可变电抗器和电容器串联组件组成。
[0023]三相可变电抗器和电容器串联组件的一端分别与谐波源入口谐波源侧的某一相(A，B，C)(含谐波源的非线性区域)相连接，另一端分别与谐波源入口电网侧的对应相(A, B, C)(不含谐波源的线性区域)相连接。
[0024]三相可变电抗器和电容器并联组件由三个相互独立、对应元件参数相同的可变电抗器和电容器并联组件组成，采用星形接线连接。
[0025]三相可变电抗器和电容器并联组件的一端分别与谐波源入口谐波源侧的某一相(A, B, C)(含谐波源的非线性区域)相连接，另一端与并联组件星形接线的中性点N连接在一起。对于三相四线制系统，中性点N需要接入谐波源和电网的中性点连接线。
[0026]步骤三、实时检测可变电抗器和电容器串并联组件接入电网和谐波源两端谐波含量和供用电工况，为动态谐波隔离提供控制信息。包括:
[0027]电压谐波总畸变率、电流谐波总畸变率、2至31次电压谐波和电流谐波分别占基波的比重、三相电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数。
[0028]实时检测谐波含量和供用电工况的精度和响应时间满足电能质量监测的基本要求和技术标准。
[0029]实时检测的可变电抗器和电容器串并联组件接入电网和谐波源两端的谐波含量和供用电工况，分别反映了不含谐波源的线性区域的电网侧和含谐波源的非线性区域的谐波源侧的电能质量和运行工况情况，同时体现出谐波隔离的效果。
[0030]步骤四、根据检测的谐波含量，动态控制串并联可变电抗器和电容器的组合方式，实现谐波有效隔离和在谐波源侧流动，具体是在步骤二和步骤三的基础上，根据检测的谐波含量的大小，谐波隔离控制器按谐波阻尼正比控制原则，动态控制串并联可变电抗器和电容器的组合方式，即:当谐波含量增加时，相应增加谐波阻尼也就是增加串联电抗值；当谐波含量减少时，相应减少谐波阻尼也就是减少串联电抗值。
[0031]步骤五、根据供用电工况，动态调整串并联可变电抗器和电容器的参数，实现供用电系统滤波指标达标和功率因数提高，具体是:根据检测的谐波含量和供用电工况，按可变电抗器和电容器串并联组合正比控制原则，动态调整串并联可变电抗器和电容器的组合方式和参数，即:当谐波源电流大、无功功率大时，相应增加可变电抗器和电容器串联组数和并联组数；当谐波源电流小、无功功率小时，相应减少可变电抗器和电容器串联组数和并联组数。
[0032]在上述的一种供用电系统谐波隔离方法，所述组件一中定义串联支路为η个，则应满足:
[0033]η个不同串联支路的电抗器和电容器的参数应满足对应元件的电抗值呈2的η-1次方关系，为:串联支路1、2、3、...、η的电抗器的内电阻和感抗，电容器的