专利名称：智能电网净化节能控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电网净化节能控制装置。
技术背景谐波已成为电网中的"公害"，其将导致许多危害性后果变压器过热， 能量损耗增加，功率因数降低，干扰电子设备引起仪器、仪表测量不准， 电子控制装置和电气开关误动作，造成电缆、电容器过载、过热，甚至电 容器烧毁，并使电能和设备利用率不足，出现过流、过热，绝缘老化现象， 最终导致电气设备寿命下降和维护增加，特别是当系统参数变化时，产生 并串联谐振，将特征谐波放大，可能引起系统跳闸甚至设备烧毁，使整个 电网处于一个不安全的运行状态， 一旦出现该类故障损失不可估量。用户、电力网主要是电感性元件，其产生的电感性无功功率，造成用 户电能损耗，电压质量下降，此外这些感性无功功率还占据了变压器及线 路容量。而我国当前电力缺口巨大，每年因拉闸限电造成的GDP损失上百 亿元人民币，而解决该问题的办法一是开源，二是节流。而建新的发电厂 投资大、周期长，因此进行无功补偿是最经济、直接有效的办法。同时也 为国家节省大量一次性能源，减少温室气体排放。由上述可知进行无功补偿和谐波治理，对国民经济和社会协调发展都 有重要意义。传统的无功补偿装置主要分有源和无源两种，前者价格昂贵难以推广， 对于后者由于传统的无源无功补偿装置有着致命的缺点已经无法满足现代 工业发展的需求。 传统无源谐波治理装置是根据事前测出的谐波，计算各次滤波器参数 制成无源滤波器，依靠接触器(后采用晶闸管) 一次投入滤波器组，解决 谐波滤波问题。这时往往会因产生谐波过栽而导致滤波器损坏，或者滤除 效率过低。传统无源滤波/无功补偿装置，没有智能控制系统，不能解决电能质量 的实时检测。在参数设计计算上也没有协调考虑，同时也没能解决谐波放 大和谐振问题，对电容、电感支路也无过流保护措施，因此无法满足用户需求。发明内容本实用新型的目的在于针对以上不足而提供一种根据电网电能质量适 时适量地进行谐波滤波/无功4卜偿的智能电网净化节能控制装置。为达到上述目的，本实用新型提供的这种智能电网净化节能控制装置，包括负载电路上并联的无源滤波/无功补偿装置，其特征在于所述负载电 路上还设有用于检测电能质量的检测装置，和根据检测数据通过控制晶闸 管的通断来控制谐波滤波/无功补偿装置中各滤波/无功补偿回路投切的控 制器。检测装置是用于实时检测电网侧、负载侧的各种电参数及各次谐波数 据的综合测控仪RVT。控制器采用PLC来控制晶闸管的通断，控制谐波滤波/无功补偿装置中 各滤波/无功补偿回路的投切。所述的谐波滤波/无功补偿装置包括无功补偿回路、可调电抗回路和谐 波滤波回^各。所述的谐波滤波回路是5次谐波滤波回路、7次谐波滤波回路、11次 谐波滤波回路、3次等谐波滤波回路中的部分或所有回路的组合。本实用新型解决了传统无源谐波治理、无功补偿装置不能实时动态补 偿、 一次性投切的不足，避免了欠补偿、过补偿或谐波过载的现象发生，保护设备不受损坏；同时，本实用新型根据检测到的数据判断电网质量， 实行滤波回路的分组投切，而且能对每个回路里的无功电流和滤波电流按 一定比例进行协调控制，使无功不过补，谐波不过流。极大程度地节约了 电能，并提高了设备的可靠性；还可以对电容器、电抗器起到有效的保护 作用；有效改善电网电压、电流波形，维护电网安全有效地运行，具有很 好的经济效益和推广价值。
图1是本实用新型结构示意图。图2是本实用新型滤波器投入流程图。图3是本实用新型闭环控制程序流程图。图4是本实用新型过流控制程序流程图。图5是本实用新型手动控制程序流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步的说明。如图l所示，这种智能电网净化节能控制装置与现有相同，包括负载l 电路上并联的无源谐波滤波/无功补偿装置2，所不同之处在于负载电路 上还设有用于检测电能质量的检测装置3和根据检测数据控制无源谐波滤 波/无功补偿装置2中各滤波/无功补偿回路投切的智能控制器4;所述的检 测装置3是用于实时检测电网侧、负载侧的各种电参数及各次谐波数据的 综合测控仪RVT，同时把检测数据传送给控制器4;控制器选用西门子S7-2 00 PLC (S7-226AC/DC/RO、 EM231 )和应用程序组成，它与综合测控仪RVT进 行通讯，取得实时电能质量数据，然后经运算、加工和处理，向快速投切 开关发出相应投切命令；快速投切开关一主要用于控制滤波/无功补偿回路 的接通和断开，由晶闸管过零投切，无过压、无涌流；所述的滤波/无功补
偿装置2包括无功补偿回路5、可调电抗回路6和谐波滤波回路7,其中谐 波滤波回路7是5次谐波滤波回路8、 7次谐波滤波回路9、 11次谐波滤波 回3各10、 3次等谐波滤波回路11中的部分或所有回路的组合，各回路中的 电容器为新型铝壳干式滤波电容器，电抗器为干式进口矽钢片铁芯电抗器。开机时，首先由电能质量检测装置3实时检测负载电流信号(包括基 波电流、无功电流、谐波电流)，然后经整形放大传给控制器4,控制器4 经运算、加工和处理，根据谐波量控制快速开关通断，从而达到逐级投入 的目的，每次投入时都会判断投入的电容器无功容量是否《检测的无功功 率，防止投切振荡。这可以称作前馈(预测)控制。谐波滤波/无功补偿装置2根据初始负载量投入运行后，随着负载的变 动，系统进入闭环控制。根据无功/谐波的变化自动投切各回路，以保证系 统不过补、谐波含量最小。控制器4中设置各回路过流、谐波放大、谐振等应急处理程序。控制 器4与电能测量装置通讯故障时，还设置了手动控制程序根据无功/谐波 数据手动投切各回路。以保证设备的可靠、有效和安全运行。下面再具体结合各流程图对智能电网净化节能控制装置的控制流程做 具体说明。如图2所示，谐波滤波回路投入程序，目的是在谐波滤波回路系统运 行前确定投入的组数及回路数。投入量是根据功率因数、谐波量的大小而 确定。该程序首先求出当时的功率因数和补偿后达到的功率因数所需的无 功功率Q &再才艮据某次谐波量推算出所需的无功功率Q ，判断Q《>Q收时，某次谐波一次集中投入，各组谐波投入顺序5次(即5次谐波滤波回路，下同)、7次、11次、3次，四组谐波滤波回路无论投入多少组，延时 3 ~ 5秒则进入闭环控制程序。图中Q实是从此时的功率因数达到预期的功率因数所需的无功功率。Q实-U . ISin①(一相的无功功率)
Q,是L次谐波量对应投入回路数折算过的无功功率。 Q;=U . I (THD, ) *K, ( K，无功电流/谐波电流)。 当i为1、 2、 3、 4、日十，顺序为5次、7次、11次.3次。 如图3所示，闭环控制程序是谐波滤波回路主要运行程序，为有级的 闭环控制，根据功率因数的高低进行谐波滤波回路的投切。 控制方法(1) 当功率因数低时，需要投入一个最小回路。首先看11次、3次是否投入，若未投入，则可按此顺序逐次投入。若 已投入，则应判断是投入5次、7次。判断方法投入回路应该是(I,- I电流值最小的，同时要求Q实》Q ft (此条件主要保证投入后不过补)。(2) 当功率因数高时，需要切除一个最小回路。 首先看3次、ll次是否投入，若未投入，则可按此顺序逐次切除。 若已切除，则首先判断是否可以切除7次一个回路。判断方法切除一个最小回路后，应该总电流满足(In> I实)。否则切 除7次全部回if各。当切除7次全部回路后，功率因数还高，如上述7次判断方法，确定5 次切除一个最小回路，或切除5次全部回路。图中，功率因数标准l: 0.93—0.95,功率因数标准2: 0. 98—0. 99。 15||、 1711为5次、7次投入回路的额定电流。 15实、17*为5次、7次投入回路的实际电流。参见图4,过流控制程序是谐波滤波各回路过流保护控制程序，是系统 最优先的控制程序。控制方法如下(1)当3次、ll次某一次过流时，则切除该次回路(因为这两次谐波 电流一般较小，只设一个回路)。(2 )若7次过流，首先看7次还有无回路可以投入，若7次无回路可以投入，则切除7次全部。若有则首先将3次切除，若3次已切除，则切除11次，然后7次投 入最小回路；若3次、11次已切除时，7次过流时，则切除7次全部'， (3 )若5次过流，与7次相似方法处理当发生通讯故障而无法自动运行时，进入手动控制程序，如图5所示，(1) 当智能控制器4与PLC通讯故障后，为了避免系统调整混乱，出 现过补和过电流，将谐波滤波/无功补偿装置2从电网上全部切除，等待通 讯恢复正常。(2) 通讯故障时，可以将转换开关以自动转到手动。 此时谐波滤波/无功补偿装置2已全部切除，根据仪表上的功率因数和谐波量，选择性投切。首先选择5次，迅速投入多个回路(3秒钟)，再根据仪表上的功率因 数和谐波量精调，对于7次也类似，图中选择的次序为5次、7次、11次、 3次为佳。在手动过程中，过电流控制程序始终参与工作，防止人在手动操作过 程中出现的过电流，损坏设备。以上内容是结合具体的优选实施方式，对本实用新型所作的进一步详 细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用 新型所属技术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，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推 演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利 保护范围。
权利要求1、一种智能电网净化节能控制装置，包括负载电路上并联的谐波滤波/无功补偿装置，其特征在于所述负载电路上还设有用于检测电能质量的检测装置，和根据检测数据通过控制晶闸管的通断来控制谐波滤波/无功补偿装置中各滤波/无功补偿回路投切的控制器。
2、 根据权利要求1所述的智能电网净化节能控制装置，其特征在于 所述的检测装置是用于实时检测电网侧、负载侧的电参数及各次谐波数据 的综合测控仪RVT。
3、 根据权利要求1所述的智能电网净化节能控制装置，其特征在于 所述的控制器采用PLC来控制晶闸管的通断，控制谐波滤波/无功补偿装置 中各滤波/无功补偿回路的投切。
4、 根据权利要求1所述的智能电网净化节能控制装置，其特征在于 所述的谐波滤波/无功补偿装置包括无功补偿回路、可调电抗回路和谐波滤 波回路。
5、 根据权利要求4所述的智能电网净化节能控制装置，其特征在于 所述的谐波滤波回路是5次谐波滤波回路、7次谐波滤波回路、11次谐波 滤波回路、3次谐波滤波回路中的部分或所有回路的组合。
专利摘要一种智能电网净化节能控制装置，包括负载电路上并联的谐波滤波/无功补偿装置，其特征是所述负载电路上还设有用于检测电能质量的检测装置和根据检测数据控制谐波滤波/无功补偿装置中各滤波/无功补偿回路投切的控制器；检测装置是用于实时检测电网侧、负载侧的各种电参数及各次谐波数据的综合测控仪RVT；控制器采用PLC，它通过控制晶闸管的通断来控制谐波滤波/无功补偿装置中各滤波/无功补偿回路的投切；谐波滤波装置是5次、7次、11次、3次等谐波滤波回路中的部分或所有回路的组合。本实用新型有效改善电网电压、电流波形，维护电网安全有效地运行，具有很好的经济效益和推广价值。
文档编号H02J3/01GK201044361SQ20072012062
公开日2008年4月2日 申请日期2007年6月6日 优先权日2007年6月6日
发明者丁声清, 李瑞常, 罗自永 申请人:深圳市库马克新技术有限公司