专利名称：一种用于谐波抑制和无功补偿的装置及方法
一种用于谐波抑制和无功补偿的装置及方法技术领域
本发明属于输配电技术领域，特别涉及一种用于谐波抑制和无功补偿的装置及方法。
背景技术：
电能是当今最重要的能源形式，电力工业则是国民经济发展与社会进步的基础产业。随着我国国民经济的发展，电网中电力负荷不断增大，尤其是现代电力电子设备如整流器、电弧炉等非线性负荷大量接入电网，在提高了生产效率的同时也带来了一系列电能质量问题，消耗了大量的无功功率，降低了系统的功率因数，也造成供电母线的电压波动、 闪变，同时给电网带来了大量的谐波。由于工业中使用这些不对称负荷导致了功率因数过低，使变压器等电力设备容量得不到充分利用，不但给用电企业带来损失，而且也造成了传输线路上的电能损耗，使电网电压的控制变得更为困难，引起电网三相不平衡，产生负序电流，从而造成电机转子的附加发热和振动等一系列问题，对电网的稳定性及供电质量产生更加严重的危害。如今对于谐波抑制和无功补偿方面主要采用的是静止无功补偿装置 SVC (Static Var Compensator)，原因在于SVC补偿装置可以校正系统功率因数、滤除谐波电流、平衡三相系统、减少电压闪烁，其中用户最为关心的是电压闪变带来的问题。电压闪变的抑制率与SVC的补偿容量以及补偿器的响应速度有直接关系，在同样的补偿容量的条件下，如果想达到同样的闪变效果，响应速度慢的控制器需要更大的补偿容量，这就意味着要增加电容器和电抗器的装机容量，从经济角度来说是不合理的。影响控制器响应速度的因素主要是信号的检测、计算方法。传统的SVC无功补偿装置由于检测信号中含有较多谐波成分，会弓I起滤波前后有较大延时同时还会弓I入检测误差。发明内容
针对现有方法存在的不足，本发明提出一种用于谐波抑制和无功补偿的装置及方法，以达到提高无功补偿效果的目的。
本发明的技术方案是这样实现的一种用于谐波抑制和无功补偿的装置，采用双核系统，包括电压互感器、电流互感器、中央处理器DSP、双口 RAM、ARM控制器、高电位板、 电光转换板、脉冲发生板、晶闸管、复合开关、回报板和外围设备，所述中央处理器DSP负责数据的处理，所述ARM控制器负责外围器件的控制，此外，还增加了滤波器；
通过电压互感器和电流互感器将采集的模拟信号连接到中央处理器DSP的A/D模块中，中央处理器DSP的A/D转换后的数字信号输出端与中央处理器DSP的输入端口相连， 中央处理器DSP将处理过的数据通过双口 RAM与ARM控制器相连接；ARM控制器设置三路输出和一路输入ARM控制器的第一路输出产生触发脉冲,通过锁存器后使信号保持在触发状态，信号经过脉冲发生板后产生所需参数的电测试信号；电测试信号通过电光转换板转变为光信号；光信号进入高电位板后输出电信号，将此电信号升压后触发晶闸管的导通； ARM控制器的第二路输出控制复合开关的投切，中央处理器DSP中计算出的无功补偿量实时控制滤波器的工作方式，达到谐波抑制和无功补偿的最佳效果；ARM的第三路输出控制外围设备，包括上位机的通讯、液晶显不和键盘；ARM控制器的一路输入将晶闸管的状态和复合开关的投切状态通过回报板传送回ARM控制器中，通过分析汇报信息，ARM控制器对滤波器的工作方式做出实时地调整；
所述的滤波器从外层至内层的连接依次为角接方式、角接方式和星接方式；
最外层为角接方式由三个结构相同支路组成两个反并联的晶闸管串联一个电抗器作为SVC无功补偿控制器的TCR部分，SVC无功补偿控制器的TCR部分再串联一个电容器和一个开关，所述开关控制所述电容器的接入；
中间层为角接方式由三个结构相同支路组成电容器串联开关，所述开关控制所述电容器的接入；
最内为星接方式由三个结构相同支路组成两个反并联的晶闸管串联一个电抗器作为SVC无功补偿控制器的TCR部分；
采用用于谐波抑制和无功补偿的装置的方法，包括以下步骤
检测电力系统中的电压值、电流值及支路电流值，并计算有功功率和无功功率的有效值，确定滤波器输出的无功补偿量的总值，按无功补偿量的总值确定初始所需要的电容器的容值，根据所需要的电容器的容值选取滤波器的工作方式，在所选滤波器的工作方式下，计算电感，
按照品质因数判断电感取值是否合理
如果品质因数在30-150之间则认为电感取值合理，再继续判断滤波器的无功输出量是否满足系统实际要求的无功补偿量，如满足则结束，如不满足则重新选取滤波器工作方式；
如果品质因数不在30-150之间则认为电感取值不合理，调解晶闸管的触发角度， 并重新计算电感值；
所述的工作方式包括低无功补偿量方式和高无功补偿量方式。
本发明优点本发明在原有SVC无功补偿控制器的基础上提出了一种角-角-星的滤波器的连接方式，可实时灵活地调节电力系统中的无功补偿量，大大降低了电容器和电抗器的装机容量，减少成本的基础上达到了更好的补偿效果。
图I为本发明一种实施方式用于谐波抑制和无功补偿的装置的示意结构图2为本发明一种实施方式用于谐波抑制和无功补偿的装置的电路连接原理图3为本发明一种实施方式用于谐波抑制和无功补偿的装置的滤波器电路原理图4为本发明一种实施方式用于谐波抑制和无功补偿的装置的方法总流程图5为本发明一种实施方式用于谐波抑制和无功补偿的装置的方法有功功率与无功功率的计算流程图6为本发明一种实施方式用于谐波抑制和无功补偿的装置的方法TCR+FC型无功补偿器原理图7为本发明一种实施方式用于谐波抑制和无功补偿的装置的方法补偿电纳与晶闸管触发角对应图示意图8为本发明一种实施方式用于谐波抑制和无功补偿的装置的方法确定电感值流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图I是按照本发明一种实施方式的用于谐波抑制和无功补偿的装置的结构图，其中，中央处理器的型号为TMS320F2812，双口 RAM(随机存取存储器)的型号为CY7C133，ARM 处理器的型号为ARM-LPC2400。
电压互感器和电流互感器将采集的模拟信号连接到中央处理器DSP的A/D模块中，经中央处理器DSP的A/D转换后的数字信号输出端与中央处理器DSP的输入端口相连， 中央处理器DSP将处理过的数据通过双口 RAM与ARM控制器相连接；ARM控制器设置三路输出和一路输入ARM控制器的第一路输出产生触发脉冲，通过锁存器后使信号保持触发状态，信号经过脉冲发生板后产生所需参数的电测试信号；为避免误触发以及信号的衰减，电测试信号通过电光转换板转变为光信号；光信号进入高电位板后输出5V-24V的电信号，将此电信号升压后便可触发晶闸管的导通；ARM控制器的第二路输出控制复合开关的投切， 根据中央处理器DSP中计算出的无功补偿量实时控制滤波器的工作方式，达到谐波抑制和无功补偿的最佳效果；ARM的第三路输出控制外围设备，包括上位机的通讯、液晶显示和键盘；ARM控制器的一路输入将晶闸管的状态和复合开关的投切状态通过回报板传送回ARM 控制器中，通过分析汇报信息，ARM控制器对滤波器工作方式做出实时地调整。
TMS320F2812 的 R/Lw 端、/DS 端、/RD 端、XINIY 端、/READY 端、AO AlO 端、DO D7 端连接 CY7C133 的 R/Lw 端、/DS 端、/RD 端、XINIY 端、/READY 端、AO ALlO 端和 DO D7L 端，CY7C133 的 R/ffE 端、/CEe 端、/OEe 端、/INTe 端、/BUSYe 端、A8 A10e 端分别连接 ARM-LPC2400 的 /Wk 端、PG4 端、/RD 端、PE4 端、PG3 端、DA8 Daiq 端，其中，Aq A7k 端、D。
D7e端通过锁存器连接ARM-LPC2400的DAtl端 DA7端。
本发明的一种实施方式给出滤波器电路原理图如图3所示，滤波器从外层至内层依次为角接方式、角接方式和星接方式；
最外层为角接方式由三个相同支路组成，以其中一个支路为例两个反并联的晶闸管VTla串联一个电抗器Lla作为SVC无功补偿控制器的TCR(thyristor controlled reactor晶闸管控制电抗器)部分，此部分再串联一个电容器C1。和一个开关Kla,开关Kla控制电容器Cla的接入；
中间层为角接方式由三个相同支路组成，以其中一个支路为例电容器C2。串联开关k2。，开关k2。控制电容器c2。的接入；
最内为星接方式由三个相同支路组成，以其中一个支路为例两个反并联的晶闸管VT2a串联一个电抗器L2。作为SVC无功补偿控制器的TCR部分；
当开关Kla、Klb、Klc;闭合时，调节晶闸管VT2a、VT2b、VT2。此时为低无功补偿量；当开关K2a、K2b, K2c闭合时，调节晶闸管VTla、VTlb, VTlc此时为高无功补偿量。
图4为本发明一种实施方式用于谐波抑制和无功补偿的装置的方法总流程图；该流程始于步骤401。然后在步骤402，检测电力系统的电压值、电流值及各支路(图3中Cla5所在支路、Clb所在支路、Clc;所在支路、Lla所在支路、Llb所在支路、Llc;所在支路)的电流值， 计算三相电压的有功功率和无功功率的有效值，并计算滤波器输出的无功补偿量总值，采用积分的方法，以A相电压为例，具体公式为I 玄
Pa^) = - I u a(wt)dt(5)(J-T)I 玄
Qa(0 = - I Ua(cot)Xia(wt-TTl2)dt(6)t—T
式中，Pa(t)是t时刻A相的有功功率的有效值，Qa⑴是t时刻A相的无功功率的有效值，T是A相电压的周期，Co是角频率，Ua(Cot)、i>t)是t时刻A相电压和电流的瞬时值，ia(wt- Ji /2)是t-T/4时刻的A相电流瞬时值；
公式(5)、(6)是对电压电流瞬时值的模拟量在一个周期内进行积分，而实际采样的值是离散的数据量，所以要将这两个公式离散化，离散后的计算公式为I N
权利要求
1.一种用于谐波抑制和无功补偿的装置，采用双核系统，包括电压互感器、电流互感器、中央处理器DSP、双口 RAM、ARM控制器、高电位板、电光转换板、脉冲发生板、晶闸管、复合开关、回报板和外围设备，所述中央处理器DSP负责数据的处理，所述ARM控制器负责外围器件的控制，其特征在于还增加了滤波器；通过电压互感器和电流互感器将采集的模拟信号连接到中央处理器DSP的A/D模块中，中央处理器DSP的A/D转换后的数字信号输出端与中央处理器DSP的输入端口相连，中央处理器DSP将处理过的数据通过双口 RAM与ARM控制器相连接；ARM控制器设置三路输出和一路输入ARM控制器的第一路输出产生触发脉冲，通过锁存器后使信号保持在触发状态，信号经过脉冲发生板后产生所需参数的电测试信号；电测试信号通过电光转换板转变为光信号；光信号进入高电位板后输出电信号，将此电信号升压后触发晶闸管的导通；ARM 控制器的第二路输出控制复合开关的投切，中央处理器DSP中计算出的无功补偿量实时控制滤波器的工作方式；ARM的第三路输出控制外围设备，包括上位机的通讯、液晶显示和键盘；ARM控制器的一路输入将晶闸管的状态和复合开关的投切状态通过回报板传送回ARM 控制器中，通过分析汇报信息，ARM控制器对滤波器的工作方式做出实时地调整。
2.根据权利要求I所述的用于谐波抑制和无功补偿的装置，其特征在于所述的滤波器从外层至内层的连接依次为角接方式、角接方式和星接方式；最外层为角接方式由三个结构相同支路组成两个反并联的晶闸管串联一个电抗器作为SVC无功补偿控制器的TCR部分，SVC无功补偿控制器的TCR部分再串联一个电容器和一个开关，所述开关控制所述电容器的接入；中间层为角接方式由三个结构相同支路组成电容器串联开关，所述开关控制所述电容器的接入；最内为星接方式由三个结构相同支路组成两个反并联的晶闸管串联一个电抗器作为SVC无功补偿控制器的TCR部分。
3.采用权利要求I所述的用于谐波抑制和无功补偿装置的方法，其特征在于包括以下步骤检测电力系统中的电压值、电流值及支路电流值，并计算有功功率和无功功率的有效值，确定滤波器输出的无功补偿量的总值，按无功补偿量的总值确定初始所需要的电容器的容值，根据所需要的电容器的容值选取滤波器的工作方式，在所选滤波器的工作方式下， 计算电感，按照品质因数判断电感取值是否合理如果品质因数在30-150之间则认为电感取值合理，再继续判断滤波器的无功输出量是否满足系统实际要求的无功补偿量，如满足则结束，如不满足则重新选取滤波器工作方式；如果品质因数不在30-150之间则认为电感取值不合理，调解晶闸管的触发角度，并重新计算电感值。
4.根据权利要求3所述的用于谐波抑制和武功补偿装置的方法，其特征在于所述的工作方式包括低无功补偿量方式和高无功补偿量方式。
全文摘要
一种用于谐波抑制和无功补偿的装置及方法，属于输配电技术领域，一种用于谐波抑制和无功补偿的装置，采用双核系统，包括电压互感器、电流互感器、中央处理器DSP、双口RAM、ARM控制器、高电位板、电光转换板、脉冲发生板、晶闸管、复合开关、回报板和外围设备，所述中央处理器DSP负责数据的处理，所述ARM控制器负责外围器件的控制，此外，还增加了滤波器。本发明在原有SVC无功补偿控制器的基础上提出了一种角-角-星的滤波器的连接方式，可实时灵活地调节电力系统中的无功补偿量，大大降低了电容器和电抗器的装机容量，减少成本的基础上达到了更好的补偿效果。
文档编号H02J3/01GK102545226SQ20121003298
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月14日 优先权日2012年2月14日
发明者冯健, 姜斌, 孙秋野, 张化光, 张超, 杨珺, 王占山, 陆宁云 申请人:东北大学, 南京航空航天大学