专利名称：在线动态电能质量综合控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在线动态电能质量综合控制装置，可应用于电气化铁路、冶 金、矿山，油田高应用电负荷，高谐波污染的工业领域。
技术背景 电能质量是电力系统运行的重要指标，对电网和用户都具有十分重要的作用，随 着国民经济的迅速发展，对电能质量的要求也日趋提高。现有电能质量监测产品大部分为 稳态电能质量监测装置，缺乏对动态电能质量进行监测与分析的装置。申请号为01257838. X的专利申请公开了一种电能质量在线监控装置，其能够实 现在线监测电能质量的功能，但它在处理器方面采用的是双数字信号处理器，结构复杂， 且对谐波的干扰缺乏有效的处理，无法对电网的每一周波进行无功功率补偿；而申请号为 200620060027. 0的实用新型申请同样公开了一种电能质量在线分析监控装置，虽然其采用 了结构相对简单的单DSP结构，但同样缺乏处理谐波和无功功率补偿的有效手段。
实用新型内容本实用新型旨在提供一种电能质量检测、分析和控制的整体解决方案，其借助多 功能的电能参数采集装置与处理分析软件，能够在线动态实时补偿无功功率和滤除谐波， 补偿三相不平衡，不会与系统发生谐振，并可组成完整的电能质量监控网络。为了解决上述问题，本实用新型公开了一种在线动态电能质量综合控制装置，包 括电源输入模块、滤波模块、电能参数取样与处理模块、控制器模块和补偿模块；其中，所述 滤波模块与所述电源输入模块相连接，所述电能参数取样与处理模块与所述滤波模块相连 接，所述控制器模块与所述电能参数取样与处理模块相连接，所述补偿模块与所述控制器 模块相连接。优选地，还包括本地存储模块、人机交互模块、通讯模块中的至少一种。优选地，所述滤波模块采用电容器/电抗器分支来吸收特定次数的谐波。优选地，所述控制器模块采用三相网络分析采集仪、控制器和相应的计算程序来 实时计算电网的各项参数。优选地，其特征在于，所述控制器为DSP，所述计算程序为FFT算法。优选地，所述补偿模块包括电子开关模块和电容电抗器模块；电子开关模块采用 可控硅，电容电抗器模块采用三相不平衡补偿系统。本实用新型能够在5-20ms内完成全部补偿、滤波，快速无功补偿和快速滤波同时 进行；应用过零检测、投切技术，克服浪涌冲击电流；结合独特扫描功能，避免电抗器发热、 电容器特性漂移，使用寿命大大提高，电容器平均统计寿命长达10年之久，具有低成本的 维护费用、长时间的稳定滤波特性。
图1 本实用新型的在线动态电能质量综合控制装置的结构示意图。符号说明1电源输入模块2滤波模块3电能参数取样与处理模块4控制器模块 5补偿模块6本地存储模块7人机交互模块8通讯模块
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的组成结构和处理流程。如图1所示，该在线动态电能质量综合控制装置主要包括电源输入模块1、滤波模 块2、电能参数取样与处理模块3、控制器模块4、补偿模块5 ；还可以包括本地存储模块6、 人机交互模块7、通讯模块8中的至少一种。电源输入模块1用于将电网上的三相电压、电流信号输入该在线动态电能质量综 合控制装置；其可以采用插头、插座、接口等多种形式存在。在该电源输入模块1的前级，还可以采用一开关模块(例如机械触点开关)，用以 控制电网上的三相电信号的输入(当然也可以将开关模块设置在电源输入模块1的后级， 用于控制三相电信号向后级的滤波模块2的输入)。滤波模块2与电源输入模块1相连接，用于滤除三相电信号中的谐波。通常采用 电容器/电抗器分支来吸收特定次数的谐波，减少总谐波畸变率(THD)。这在现有技术中比 较常见，在此不再赘述。电能参数取样与处理模块3与滤波模块2相连接，用于对经过滤波后的三相电信 号进行取样和相关处理，将信号转换成适合控制器模块4处理的信号。控制器模块4与电能参数取样与处理模块3相连接，用于采集电能参数取样与处 理模块2传送来的电网信号，并采用三相网络分析采集仪、控制器(例如DSP)和相应的计 算程序(例如FFT算法，即傅立叶变换)来实时计算电网的各项参数，例如电压、电流、功 率、功率因数、电压波动闪变、电压不平衡率、负序电压电流、正序电压电流、零序电压电流、 电流不平衡率、频率等。补偿模块5与控制器模块4相连接，用以实现无功补偿，其中主要包括电子开关模 块和电容电抗器模块等。电子开关模块例如是可控硅。电容电抗器模块采用三相不平衡补 偿系统，补偿电容器组额定电压例如为480V，且电容器分为三组，为三角形接法，每组分别 连接L1-L2、L2-L3、L3-L1。当电机一旦工作，控制器同步进行电网检测分析，分别确定连接 L1-L2、L2-L3、L3-L1电源上的电机所需的无功功率，并与设定的目标值比较，投切对应在 L1-L2、L2-L3、L3-L1上的不同容量的电容器组，从而及时补偿无功功率。该在线动态电能质量综合控制装置从电网检测、运算、到触发可控硅模块、直至投切电容器组实现无功补偿，总的响应时间彡20ms。且对于电压降落和闪变的补偿，也是现有 产品中最为快速的。该在线动态电能质量综合控制装置还可以包括本地存储模块6，其与控制器模块 4相连接，用于实时记录和存储采集的电网三相电信号参数，形成历史数据，在需要显示或 通过通讯读取这些数据时可以随时取用。该在线动态电能质量综合控制装置还可以包括人机交互模块7 (例如显示屏等输 出单元，键盘、鼠标、触摸屏等输入单元)，其与控制器模块4相连接，用于将该装置实时采 集的数据显示给用户，用户也可以通过输入部件(键盘、鼠标等)执行相应的输入操作，用 于设置参数、调整控制器算法和程序等。该在线动态电能质量综合控制装置还可以包括通讯模块8，例如各种有线或无线 通讯接口，RS232、RS485等，能够与远端设备(例如上位机、远程监控中心等)实现实时通 讯，上传、下载数据等。经过验证，本实用新型适用于电气化铁路、冶金、矿山，油田高应 用电负荷，高谐波 污染的工业领域。相对于现有的电能质量监控装置而言，其还具有如下优点1.电子开关元件快速投/切电容器组；2.对电网的每一周波进行无功功率补偿(总响应时间5 20ms)；3.提高区域发电机系统带负荷能力，如柴油发电机、风力发电站等，节约能源；4.防止电压跌落和闪变，防止灵敏电子设备的损坏；5.滤除谐波，即使在有谐波的场合仍能精确控制功率因数；6.独特的扫描功能，显著降低电容器及电抗器的温升；7.延长开关器件及电容器的使用寿命；8.内设三相网络分析采集仪，测量包括谐波在内的所有电网参数；9.独特的自诊断和综合图文报表功能；10.适于实时应用场合，如电焊机、电动机启动、精密电子仪器设备等；11.模块化结构，安装维修方便快捷；12.通讯接口可与计算机连接通讯，进行遥测、遥控及打印报表；13.柜体外型亦可根据用户需求设计(如丽S、GCS、GCK、GGD等)。上面以举例方式对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于上述具体实施 例，凡基于本实用新型所做的任何改动或变型均属于本实用新型要求保护的范围。
权利要求一种在线动态电能质量综合控制装置，其特征在于，包括电源输入模块(1)、滤波模块(2)、电能参数取样与处理模块(3)、控制器模块(4)和补偿模块(5)；其中，所述滤波模块(2)与所述电源输入模块(1)相连接，所述电能参数取样与处理模块(3)与所述滤波模块(2)相连接，所述控制器模块(4)与所述电能参数取样与处理模块(3)相连接，所述补偿模块(5)与所述控制器模块(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的在线动态电能质量综合控制装置，其特征在于，还包括本地 存储模块(6)、人机交互模块(7)、通讯模块(8)中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的在线动态电能质量综合控制装置，其特征在于，所述滤波模 块(2)采用电容器/电抗器分支来吸收特定次数的谐波。
4.根据权利要求1所述的在线动态电能质量综合控制装置，其特征在于，所述控制器 模块(4)采用三相网络分析采集仪、控制器和相应的计算程序来实时计算电网的各项参 数。
5.根据权利要求4所述的在线动态电能质量综合控制装置，其特征在于，所述控制器 为DSP，所述计算程序为FFT算法。
6.根据权利要求1所述的在线动态电能质量综合控制装置，其特征在于，所述补偿模 块(5)包括电子开关模块和电容电抗器模块；电子开关模块采用可控硅，电容电抗器模块 采用三相不平衡补偿系统。
专利摘要本实用新型涉及一种电能质量监测、控制装置，属于电力系统技术领域，特指一种在线动态电能质量综合控制装置，其特点是采用三相网络分析采集仪以及DSP技术、FFT计算法实时采集电网的各项参数，并能在极短时间内投切全部电容器组，采用三相不平衡补偿系统实现无功补偿，并具备有源滤波器的功能，补偿谐波电流，不会与系统发生谐振，能够防止电压跌落和闪变，防止灵敏电子设备的损坏，适于电气化铁路、冶金、矿山，油田高应用电负荷，高谐波污染的工业领域。
文档编号H02J3/18GK201611785SQ20102015102
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月7日 优先权日2010年4月7日
发明者吕红梅, 孙勇 申请人:孙勇