用于复合电力负载的动态谐波滤波器的制造方法
【专利摘要】本实用新型是一种用于复合电力负载的动态谐波滤波器，其由智能检测与控制系统、复合电力负载系统和滤波系统构成，它们的输入端经过高压隔离开关（1）、高压断路器（2）和电压电流互感器（3）与电网直接相连，复合电力负载系统和滤波系统输出端接地，复合电力负载（5）由启动开关KM1控制启动，滤波系统由运行开关KM2控制运行。本实用新型应用在供电系统或对电力负载进行谐波滤波时，当复合电力负载产生的谐波量发生变化时，能够动态调节可调节电容器组的容量，吸收电网谐波，使得滤波器时刻都能保持谐振而达到良好的滤波效果；当可调节电容器组的容抗发生变化时，可变电抗器在功率变换电路的作用下动态调节电感量，实现动态调谐。
【专利说明】用于复合电力负载的动态谐波滤波器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力复合负载谐波滤波领域，特别是涉及一种用于复合电力负载的动态谐波滤波器。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的快速发展，各行业领域使用的非线性负载及装置的数量越来越大、用途越来越广、同时非线性负载及装置产生的谐波对电网的危害性也在增大。应用于工业与商业以及民用照明领域中的非线性负载及装置是产生谐波的主要来源。动态治理谐波对于改善电能质量和节能会起到事半功倍的效果。因此，对电力系统中谐波电流的产生、传播、控制与治理等研究正在引起学术界、产业界以及政府部门的高度重视。
[0003]提供一种兼顾无源电力滤波和有源电力滤波特点的“电力复合负载动态谐波滤波技术及装置”是本申请者长期以来追寻的目标。
[0004]在研究中发现，工业现场复合电力负载产生的谐波具有不同的特性，复合电力负载动态谐波滤波器的动态调谐旨在以下两方面的应用:当复合电力负载产生的谐波发生变化时，能进行自动调节电容器容量，保持滤波效果不变；当电容器组容抗发生变化时，能够自动调节可变电抗器的电感量，维持谐振点不变。实现可变电抗器感抗的连续调节以及动态谐波滤波的协调控制策略是本装置要解决的关键问题，而协调控制策略执行的前提是电力复合负载动态谐波器结构创新。为此，本装置以无源动态谐波滤波器为基础，根据复合电力负载产生的谐波特性，研究基于可变电抗器的电力复合负载动态谐波滤波器。
[0005]本发明预期研究成果的目标是提出电力复合负载动态谐波滤波技术，形成具有自主知识产权的电力复合负载动态谐波滤波技术，利用此技术研制电力复合负载动态谐波滤波器替代进口谐波滤波装置，为电力复合负载动态谐波滤波技术及装置的产业化奠定理论技术基础。
[0006]中国专利文献“一种可变电抗器(200610019026.6)”主要涉及一种阻抗值可以无级改变的电抗器，主要有一次绕组和二次绕组构成，通过对二次绕组侧施加控制，就可以无极地调节一次绕组上的阻抗值，为实现智能化控制创造了条件；但是在谐波滤波方面，单一调节可变电抗器是不能实现动态滤波的，要通过电感与电容的协调控制实现滤波功能。中国专利文献“动态调谐滤波器(200910063641.0)”主要涉及一种动态滤波装置，该装置的应用可以动态调节可变电抗器的电感量，滤除单一频次的电网谐波；但是在传统谐波滤波器的使用中，电容器容量会发生变化，容抗也相应改变，而该装置无法实现动态调节电容器组吸收电网谐波并自动调谐功能。因此，针对该问题，申请者提出了一种复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法，针对电容器容抗改变和电网谐波量的变化情况，能够通过智能控制器首先投切合适的电容器组吸收电网的谐波，并进一步调节可变电抗器进行动态调谐。
【发明内容】
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是:针对负载谐波变化情况，提供一种用于复合电力负载的动态谐波滤波器，该滤波器能够在谐波频率下，搜索跟踪谐波源，自动调节电容器容量，对供电系统或电力负载进行动态谐波滤波；针对电容器容量变化情况，自动调节可变电抗器参数，保证谐振点不变。
[0008]本实用新型解决其技术问题采用以下的技术方案是:由智能检测与控制系统、复合电力负载系统和滤波系统构成，它们的输入端经过高压隔离开关、高压断路器和电压电流互感器与电网直接相连，复合电力负载系统和滤波系统输出端接地，复合电力负载由启动开关KMl控制启动，滤波系统由运行开关KM2控制运行。
[0009]所述的智能检测与控制系统可以由智能电能检测模块与智能控制器组成，其中智能电能检测模块的一端与电压电流互感器相连，该智能电能检测模块的另一端通过传输信号线与智能控制器的一个端口相连，智能控制器的输出端通过传输线经功率变换电路与可变电抗器的副边相连。
[0010]所述的复合电力负载系统可以由含非线性电力负载及装置的复杂负载系统构成，它的一端通过启动开关KMl与电网相接，它的另一端接地。
[0011]所述可变电抗器的原边直接由运行开关KM2接入电网，控制运行；可变电抗器的副边接功率变换电路；可调节电容器组是由一系列电容器组C和相对应的η个接触器，η个快速熔断器组成；高压接触器KMl、高压接触器ΚΜ2…高压接触器KMn，其一端分别与快速熔断器FU1、快速熔断器FU2...快速熔断器FUn的一端相接，其另一端分别与电容器组Cl、电容器组C2…电容器组C n的一端相接，电容器组Cl、电容器组C2…电容器组Cn的另一端接地。
[0012]所述的智能控制器可以采用型号为S7-200PLC工业可编程控制器。
[0013]本实用新型是一种用于复合电力负载的动态谐波滤波器。国内有无源电力滤波和有源电力滤波等技术及装置，但未见有关一种集无源电力滤波和有源电力滤波特点的“复合电力负载动态谐波滤波技术”的报道。本实用新型综合了无源电力滤波和有源电力滤波装置的优点，针对负载变化情况，用最优的动态谐波滤波智能控制方式，实现在基波频率下，动态无功补偿；在谐波频率下，搜索跟踪谐波源，对供电系统或电力负载进行动态谐波滤波。
[0014]本实用新型与现有的滤波装置相比较，具有以下优点:
[0015]本实用新型提供的复合电力负载动态谐波滤波器装置，依据复合电力负载产生的谐波特性，采用可变电抗器的电力复合负载动态谐波滤波技术，对供电系统或电力负载进行动态谐波滤波。具体如下:
[0016](I)在基波频率下，对供电系统或电力负载进行无功补偿，通过智能控制器调节动态谐波滤波器参数、分段透切电容器组，使得补偿给系统的无功功率能够进行调节，避免无功功率的过补偿。
[0017](2)在谐波频率下，动态搜索跟踪谐波源，对供电系统或电力负载进行谐波滤波，通过智能控制算法使动态谐波滤波器在滤波支路中谐波吸收电流达到最大值，大幅度减少谐波危害，提高电能质量。
[0018](3)针对电容器组容抗的改变引起的电力系统失谐状况，通过动态调节可变电抗器的电感，保持谐振频率点不变，使滤波效果能得到保证。[0019](4)针对复合电力负载产生的谐波量变化的情况，智能控制模块通过计算得出最佳的电容器容量，控制接触器开关来投切电容器组，得到投入的电容值，以提供合适的滤波容量，使动态谐波滤波器在滤波支路中谐波吸收电流达到最大值。再进一步控制可变电抗器的电感值，进行调谐。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型的结构示意图。
[0021]图2是本实用新型的电路原理图。
[0022]图中:1.高压隔离开关；2.高压断路器；3.电压电流互感器；4.智能电能检测模块；5.复合电力负载；6.可变电抗器；7.功率变换电路；8.智能控制器；9.可调节电容器组。
【具体实施方式】
[0023]下面，结合实施例以及附图对本实用新型作进一步说明，但不限于本实用新型。
[0024]本实用新型是一种用于复合电力负载的动态谐波滤波器，其结构如图1和图2所示，由智能检测与控制系统、复合电力负载系统和滤波系统构成，它们的输入端经过高压隔离开关1、高压断路器2和电压电流互感器3与电网直接相连，复合电力负载系统和滤波子系统输出端接地，复 合电力负载5由启动开关KMl控制启动，滤波系统由运行开关KM2控制运行。
[0025]所述的智能检测与控制系统的结构如图2所示，是由智能电能检测模块4与智能控制器8组成，其中:智能电能检测模块4的一端与电压电流互感器3相连，智能电能检测模块4的另一端通过传输信号线与智能控制器8的一个端口相连，智能控制器8的输出端通过传输线控制功率变换电路7的工作状态。
[0026]所述的复合电力负载系统的结构如图2所示，是由含非线性电力负载及装置的复杂负载系统构成，它的一端通过启动开关KMl与电网相接，它的另一端接地。
[0027]所述的滤波系统的结构如图2所示，是由可变电抗器6与可调节电容器组9串联组成，其中:可变电抗器6的原边直接由运行开关KM2接入电网，控制运行；可变电抗器6的副边接功率变换电路7。可调节电容器组9是由一系列电容器组C和相对应的η个接触器，η个快速熔断器组成。快速熔断器FU1、快速熔断器FU2...快速熔断器FUn的一端分别与高压接触器KMl、高压接触器ΚΜ2…高压接触器KMn的一端相接，高压接触器KMl、高压接触器ΚΜ2…高压接触器KMn的另一端分别与电容器组Cl、电容器组C2…电容器组Cn的一端相接。电容器组Cl、电容器组C2…电容器组Cn的另一端接地。
[0028]上述的智能检测与控制系统、复合电力负载系统以及滤波系统之间的协调工作是由智能控制器8 (工业可编程控制器，如S7-200PLC)来实现的。电压电流互感器3采集到的三相电压电流信号输入到智能控制器8中，智能控制器8通过分析、处理后，将输出模拟量控制功率变换电路7的触发角，进而改变可变电抗器6的电感量。
[0029]本实用新型的滤波原理可按下述的步骤实现:
[0030]1.手动合闸QS (高压隔离开关1)、QF (高压断路器2)，电路中的智能电能检测模块4以及智能控制器8接入电源后得电，智能控制器8开始工作；[0031]2.通过智能控制器8将接触器KMl闭合，此时电网的复合电力负载5投入运行；可变电抗器6的一次侧绕组与可调节电容器组9串联后接入进线端，滤波系统投入运行；
[0032]3.从复合电力负载5启动运行开始，智能控制器8通过分析电路产生的谐波信号，控制接触器KMlI?KMln的闭或开，从而将最佳电容接入电网；同时输出另外的脉冲信号，控制功率变换电路7的晶闸管的通断角，调节可变电抗器6的一次侧绕组的最佳电感值，在谐波频率f下，构成一低阻抗回路以吸收谐波；
[0033]4.智能电能检测模块4检测由电压电流互感器3发出的电压、电流、谐波等电能信号，并传送给智能控制器8，智能控制器8通过计算分析来确定主要谐波的次数以及大小，根据LC无源滤波的原理，计算出滤波器的最佳电容值和电感值，并在负载运行过程中，实时检测电网参数，通过投切可调节电容器组9和调节可变电抗器6的电感，保持谐振频率不变。
[0034]5.当电力系统稳定运行之后，本装置能够实时检测电网的谐波源，当负载产生的谐波量变化时，通过智能控制器8分析电路的功率因数和谐波信号，根据设定值投切可调节电容器组9以吸收谐波量，同时动态调节可变电抗器6的电感，保持谐振频率点不变，使滤波效果得到保证；当随着长期运行，可调节电容器组9容抗发生改变时，能够通过智能控制器8自动调节可变电抗器6接入的电感量，保证谐振效果不变。
[0035]经过上述步骤实现复合电力负载的正常运行和谐波治理。
[0036]本实用新型提供的用于复合电力负载的动态谐波滤波器，其针对复合电力负载5的负载变化(例如感性负载的突变、容性负载的突变、感性负载突变到容性负载和容性负载突变为感性负载)情况，跟踪谐波源，实时检测并确定电网主要谐波成分，通过智能控制器8实时计算滤波器的最佳的电容值和电感值，依靠智能控制器8自动调节动态谐波滤波器的参数、分段投切可调节电容器组9，使得本动态谐波滤波器在滤波支路中谐波吸收电流达到最大值，保持整个电力系统的滤波效果不变，使电力系统处于一个最佳运行状态。
【权利要求】
1.一种用于复合电力负载的动态谐波滤波器，其特征是由智能检测与控制系统、复合电力负载系统和滤波系统构成，它们的输入端经过高压隔离开关(1)、高压断路器(2)和电压电流互感器(3 )与电网直接相连，复合电力负载系统和滤波系统输出端接地，复合电力负载(5)由启动开关KMl控制启动，滤波系统由运行开关KM2控制运行。
2.根据权利要求1所述的用于复合电力负载的动态谐波滤波器，其特征在于所述的智能检测与控制系统是由智能电能检测模块(4)与智能控制器(8)组成，所述智能电能检测模块(4)的一端与电压电流互感器(3)相连，该智能电能检测模块的另一端通过传输信号线与智能控制器(8)的一个端口相连，智能控制器(8)的输出端通过传输线经功率变换电路(7)与可变电抗器(6)的副边相连。
3.根据权利要求1所述的用于复合电力负载的动态谐波滤波器，其特征在于:所述的复合电力负载系统是由含非线性电力负载及装置的复杂负载系统构成，它的一端通过启动开关KMl与电网相接，它的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的用于复合电力负载的动态谐波滤波器，其特征在于:所述的滤波系统是由可变电抗器(6)与可调节电容器组(9)串联组成；所述可变电抗器(6)的原边直接由运行开关KM2接入电网，控制运行；可变电抗器(6)的副边接功率变换电路(7);可调节电容器组(9)是由一系列电容器组C和相对应的η个接触器，η个快速熔断器组成；高压接触器KMl、高压接触器ΚΜ2…高压接触器ΚΜη，其一端分别与快速熔断器FUl、快速熔断器FU2...快速熔断器FUn的一端相接，其另一端分别与电容器组Cl、电容器组C2…电容器组Cn的一端相接，电容器组Cl、电容器组C2…电容器组Cn的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的用于复合电力负载的动态谐波滤波器，其特征在于:所述的智能控制器(8)采用型号为S7-200PLC工业可编程控制器。
【文档编号】H02J3/18GK203774791SQ201420115270
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】陈静, 梁彦令, 宋树宏, 袁佑新, 肖純, 王一飞, 宋兴宇, 邓世杰 申请人:武汉理工大学