一种抗谐波共补无功补偿模块、设备和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及抗谐波技术领域，特别是设及一种抗谐波共补无功补偿模块、设备和 方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代科技的发展，电力电子器件和和其他非线性元器件的使用，使得电网中 产生大量谐波，例如带有功率电子器件的变流设备，交流控制器和电弧炉、感应炉、巧光灯、 变压器等。我国工业企业也越来越多的使用产生谐波的电气设备，例如晶闽管电路供电的 直流提升机、交-交变频装置、社钢机直流传动装置、晶闽管串级调速的风机水累和冶炼电 弧炉等。运些设备取用的电流是非正弦形的，其谐波分量使系统正弦电压产生崎变。
[000引如图1所示，理想中的电压和电流的关系应该是图中的U和I的关系，满足同 相位，功率P满足P = UI ;但是往往我们使用的感性设备使得电路中产生了感性无功， 使得电流的相位滞后于电压相位如图中的Il所示，运样就会使得用电的功率因数下降， /> = (//(;;0邸如果在没有感性负载只有容性负载的情况下，电流曲线就会如图中12的所 示，电流相位超前于电压相位；因此我们可W用电容来补偿感性无功，把电容与感性负载并 接在同一电路，能量在电容与感性负载之间相互转换，在选择合适电容的情况下，感性负载 的无功功率由电容输出的无功功率补偿，就会使得电网中的感性电流曲线补偿到理想中的 电流曲线，运就是无功补偿原理。
[0004] 但是当无功补偿后，电路中虽然是电压和电流相位相同，但是有时候会有不同频 率的谐波，当大量谐波进入电力电容器后就会减小其寿命，运时候就需要来抑制谐波，不让 谐波进入电力电容器中，运样就会大大增加电容器的寿命，运就是抗谐波无功补偿原理。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种抗谐波共补无功补偿模块、设备和方法，具有更长的使用寿命而 且投切速度快，可W将单个抗谐波共补无功补偿模块投入电网，也可W将多个模块组网，实 现不同程度的抗谐波无功补偿。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] 1. 一种抗谐波共补无功补偿模块，其特征在于，包括补偿电容器、电抗器、SSR固 态继电器、CT电流互感器，所述电容器为=相电容器，具有=个引出端，其中两个引出端分 别通过电抗器连接SSR固态继电器，另一个引出端通过电抗器连接CT电流互感器，所述SSR 固态继电器和CT电流互感器分别通过断路器QF连接=相电网的相线；所述CT电流互感 器用于采集电容器输出的电流，所述SSR固态继电器用于根据设定的所允许的无功含量范 围，控制电容器的投切，所述电抗器用于抵抗电容器接入处母线的背景谐波。
[0008] 2.所述SSR固态继电器的开关方式为电压过零导通，电容需要投入时在电压为零 的时候接通电容器，电容需要切除时在电流为零的时候切除电容器。
[0009] 3.所述补偿电容器包括两个W上并联的电容器。
[0010] 4.所述电抗器根据电容器接入处母线的背景谐波，选择适当电抗率的电抗器与电 容器匹配。
[0011] 5.所述电容器上设置用于检测电容溫度的电子热开关，所述SSR附近也设置用于 检测SSR溫度的电子热开关，所述电子热开关串联使用，当其中的任何一个电子热开关所 测得的溫度超过设定溫度的时候，电子热开关由闭合变为断开状态。 阳01引6. -种抗谐波共补无功补偿设备，其特征在于，包括所述抗谐波共补无功补偿模 块W及控制器和显示器，所述控制器分别连接所述抗谐波共补无功补偿模块和所述显示 器；所述控制器检测电网的电压、电流、电压相位、电流相位从而计算电网的无功功率，根据 设定的所允许的无功含量范围，控制所述抗谐波共补无功补偿模块的投切，所述显示器用 于显示进线电压、补偿电流、进线功率因数W及模块的工作状态；所述控制器和所述抗谐波 共补无功补偿模块之间采用CAN通信方式进行通信，当单个共补无功补偿抗谐波模块的补 偿容量不足W补偿电网中的无功功率的时候，控制多个抗谐波共补无功补偿模块依次投入 工作，直到电网补偿到合适的功率因数为止。
[0013] 7.所述控制器设置每个抗谐波共补无功补偿模块具有其唯一的地址，当需要多个 抗谐波共补无功补偿模块投入工作时，按模块地址由小到大依次投入所述抗谐波共补无功 补偿模块。
[0014] 8. -种抗谐波共补无功补偿方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0015] 1)控制器检测电网无功功率含量；
[0016] 2)根据设定的所允许的无功含量范围，判断是否需要投切抗谐波共补无功补偿模 块；
[0017] 3)当单个模块的补偿容量不足时，判断所需要投切的模块个数；
[0018] 4)控制器按需投切抗谐波共补无功补偿模块，补偿完毕后切除。
[0019] 9.所述步骤4)中，当单个抗谐波共补无功补偿模块的补偿容量不足W补偿电网 中的无功功率时，根据每个模块具有的唯一地址，按地址从小到大依次投入所述抗谐波共 补无功补偿模块，直到补偿到合适的功率因数为止。
[0020] 10.所述步骤4)中，还包括溫度检测和谐波检测的步骤，当溫度超过设定溫度或 者谐波含量超过设定量时，控制器控制切除所述抗谐波无功补偿模块，使其停止工作。
[0021] 本发明的技术效果：
[0022] 本发明提供的一种抗谐波共补无功补偿模块、设备和方法，具有更长的使用寿命 而且投切速度快，可W将单个抗谐波共补无功补偿模块投入电网，也可W将多个模块组网， 实现不同程度的抗谐波无功补偿。
[0023] 本发明的抗谐波共补无功补偿模块采用了两个具有电压过零投切方式的固态继 电器SSR作为投切开关，当电压为零的时候投入工作，当电流为零的时候切除工作，运样可 W在投切是不会产生机械触电的机械动作，避免了浪涌的产生，在电容切除的时候也避免 了燃弧现象，可W很好地延长电容器使用寿命W及投切开关的使用寿命而且投切速度快。 本发明的抗谐波共补无功补偿模块还具有溫度和谐波监测功能，模块内部溫度达到设定溫 度（一般为65度）或者谐波含量超过设定量（一般为20%)的时候，所述抗谐波无功补偿 模块会停止工作，保护补偿电容器的使用寿命。另外，模块内部的左侧和上方装有两台380V 的交流风机，也保证了模块内部器件的有效散热。
[0024] 本发明提供的抗谐波共补无功补偿设备，采用了微控制技术的控制器，对谐波和 无功含量进行检测和控制抗谐波共补无功补偿模块的投切，控制器和抗谐波共补无功补偿 模块之间采用CAN通信方式进行通信，当单个共补无功补偿抗谐波模块的补偿容量不足W 补偿电网中的无功功率的时候，控制器可W控制多个抗谐波共补无功补偿模块依次投入工 作，直到电网补偿到合适的功率因数为止。具有W下优点：（1)可W支持0~63个模块进 行通信；并且支持热插拔，即带电插拔；似传输性能实时性强，抗电磁干扰能力强，CAN的 通信速率可W高达100化S，并且在通信时具有较强的抗电磁干扰能力；(3)CAN的通信方式 是多主机结构，方便了多个抗谐波电容模块的通信；本发明将每个模块设置唯一的地址，当 单个抗谐波共补无功补偿模块的补偿容量不足W补偿电网中的无功功率时，按地址从小到 大依次投入所述抗谐波共补无功补偿模块，直到补偿到合适的功率因数为止。（5)错误自检 功能，如果模块发出的信息有错误，可W重新发送；如果某个模块出现故障，那么运个模块 就会自动退出工作状态，W免影响其他模块的运行，并且方便工作人员的维护，从而也保障 了开发人员和维护人员的安全。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明的抗谐波共补无功补偿模块实施例电路图。 阳0%] 图2为模块内部电子热开关控制图。
[0027] 图3是本发明的抗谐波共补无功补偿设备的功能框图。
[0028] 图4是本发明的抗谐波共补无功补偿方法流程图。
【具体实施方式】
[0029] W下结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
[0030] 如图1所示，是本发明的抗谐波共补无功补偿模块实施例电路图。一种抗谐波共 补无功补偿模块，包括补偿电容器C、电抗器LSSR固态继电器、CT电流互感器，电容器C为 立相电容器，具有立个引出端，其中两个引出端分别通过电抗器L连接SSR固态继电器，另 一端通过电抗器L连接CT电流互感器，SSR固态继电器和CT电流互感器分别通过断路器 QF连接S相电网的相线A、B、C ;CT电流互感器用于采集电容器C输出的电流，SSR固态继 电器用于根据设定的所允许的无功含量范围，（无功含量范围有些地区或者行业规定不太 相同，可W根据不同要求而设置），控制电容器C的投切，进行无功补偿或移除，电抗器L用 于抵抗电容器接入处母线的背景谐波，阻止电网的谐波进入电容器内损坏电容器，而且阻 止电容器内部的谐波进入电网损坏其他设备。
[0031] 其中，补偿电容器C的个数可W根据需要补偿的容量来确定，进行扩容，可W包括 两个W上，如果是多个则并联，本实施例为两个并联的=相电容器。
[0032] SSR固态继电器的开关方式为电压过零导通，电容需要投入时在电压为零的时候 接通电容器，电容需要切除时在电流为零的时候切除电容器。
[0033] 电抗器L的选择要根据电容器接入处的背景谐波，选择适当电抗率的电抗器与电 容器匹配。要做到合理选择电抗率，必须了解电容器接入处母线背景谐波，根据实际测量结 果选取，使电容器与电抗器得到正确的匹配；例如：当电容器接入处的背景谐波为3次时， 需选用12%电抗率的串联电抗器；当电容器接入处的背景谐波为3、5次，并且谐波含量均 较大时，需选用12%和4%~6%的电抗率的电抗器混联的方式；当电容器接入处的背景谐 波为3次为主，并且3次谐波含量较大5次W上