一种电网谐波能量利用装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及谐波抑制与利用领域，特别涉及一种电网谐波能量利用装置。
【背景技术】
[0002]随着电力系统规模的不断扩大以及系统中非线性负荷的不断增加，电力系统受到的“谐波污染”越来越严重。日本国内的调查研宄表明，电网谐波约有40%来自于商业、居民用电系统。谐波不仅会降低供配电和用电设备的效率，缩短电气设备的寿命，容易引起各种故障。还会增加电网的网损，使得电网和用电设备之间存在着谐波畸变功率的交换，降低电网的功率因数，导致电能的生产、传输和利用效率降低，增大供电部门的经济损失。此外谐波还会对测量仪器、计量仪表等产生不同程度的影响。电能计量是电网经济核算的依据，它不仅关系着电力生产部门的安全，经济运行和直接经济效益，而且还直接、间接的关系着整个国计民生的经济效益和社会效益。
[0003]目前的谐波治理技术中，应用最为广泛的治理装置是无源滤波器。通常在谐波源附近装设无源滤波装置就近吸收谐波，进行治理，从而将部分谐波电流滤除掉，使其不会流入到电力系统中去，并保证这些非线性负载的正常运行，但它只能吸收特定次数的谐波，动态性能不好。而有源滤波器的滤波性能不会受到系统阻抗和系统频率波动的影响，也不会和系统阻抗之间发生串、并联谐振。虽然有源滤波器克服了无源滤波器固有缺点，实现动态补偿电网谐波，是电网谐波治理的有效手段，然而安装这种滤波器需增加设备投资和运行费用，且当设备需要抑制谐波幅值愈高，其投资和运行费用也愈高。
[0004]电网中的谐波虽然造成了电网功率的冗余和能量损耗，但其本身也是一种能源，如果能改变传统治理谐波时将其滤除的方式，转而将谐波电能分离出来，以便提取利用，这样能既克服谐波在电网中的损耗、改善电能质量又能实现电能的高效利用。
【发明内容】
[0005]基于上述问题进行考虑，本实用新型针对当前电网中存在大量非线性负载，使电网产生了不容忽视的谐波，造成电能质量的下降和能量损耗等问题而设计了一种电网谐波能量利用装置，将电网中的谐波分量提取利用，减少谐波危害，实现能量的再利用。
[0006]为了实现上述目的本实用新型采用的技术方案是:一种电网谐波能量利用装置，包括谐波分离单元、整流滤波单元、用电器、分压电路、电源管理单元、电流互感器、功率检测单元和显示单元，其中所述谐波分离单元的输入端连接电网中的三相线，谐波分离单元的输出端与整流滤波单元的输入端连接，整流滤波单元的输出端连接用电器的输入端，电流互感器串联到整流滤波单元和用电器之间，电源管理单元和分压电路的输入端并联到用电器的输入端，电流互感器和分压电路的输出端分别与功率检测单元的输入端连接，电源管理单元的输出端与功率检测单元的电源端连接，显示单元的电源端连接电源管理单元的输出端，显示单元的输入端连接功率检测单元的输出端。
[0007]具体地，所述谐波分离单元中包括将电网中的谐波进行提取分离的互感线圈。
[0008]更进一步，所述整流滤波单元使用三相整流桥。谐波分离单元为三个，分别连接到电网中的A、B、C三相线。三个谐波分离单元分别使用金属壳或金属网隔离。
[0009]为了更好地实现本实用新型的装置，本装置应当安装在靠近变频设备、UPS、开关电源等谐波源的电网中，使装置能正常稳定地运行并实现更为可观的实际效益。
[0010]本实用新型利用分压电路将大电压信号转换为低电压信号，利用电流互感器将大电流信号转换为低量程电信号，根据理论计算与实际测量，为DSP选择一种十分精确的算法计算用电装置获得的功率，便于根据实际环境调节装置参数，监测装置的运行状态。
【附图说明】
[0011]本实用新型的装置可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
[0012]图1为本实用新型的系统原理图；
[0013]图2为本实用新型针对一相电路谐波利用和功率检测结构示意图；
[0014]图3为本实用新型的系统结构框图；
[0015]图中谐波分离单元；2_互感线圈；3_整流滤波单元；4_用电器；5_分压电路；6-电源管理单元；7_电流互感器；8_功率检测单元；9_显示单元。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图做进一步说明。
[0017]参见图3，一种电网谐波能量利用装置，包括谐波分离单元1、整流滤波单元3、用电器4、分压电路5、电源管理单元6、电流互感器7、显示单元9和功率检测单元8，其中所述谐波分离单元I的输入端连接电网中的三相线，谐波分离单元I的输出端与整流滤波单元3的输入端连接，整流滤波单元3的输出端连接用电器4的输入端，电流互感器7串联到整流滤波单元3和用电器4之间，电源管理单元6和分压电路5的输入端并联到用电器4的输入端，电流互感器7和分压电路5的输出端分别与功率检测单元8的输入端连接，电源管理单元6的输出端与功率检测单元8的电源端连接，显示单元9的电源端连接电源管理单元6的输出端，显示单元9的输入端连接功率检测单元8的输出端。
[0018]参见图1，所述谐波分离单元I中包括将电网中的谐波进行提取分离的互感线圈2。谐波提取电路通过串联适当阻值的珐琅电阻，调节滤波品质因数，改善谐波提取效果。
[0019]对于三相电网，其谐波提取电路如图2所示，各相电路分别使用独立的谐波分离单元I后，通过三相整流电路获得方便利用的直流电，经过进一步的整流后可为直流用电器4和功率检测单元8提供电能。电源管理单元6的输入端与整流滤波单元3的输出端连接，由此还可实现装置脱离外部电源工作。
[0020]所述整流滤波单元3使用三相整流桥。使用自带散热SQLF50A三相桥式整流器，使用该三相整流器可以在输出25A直流电的环境下稳定工作，而且无需强制风冷，减少系统的能量损耗。
[0021]电流互感器7采用精确级为0.2的LMK-0.66，通过该电流互感器将整流滤波单元输出的电流值，转换到可以直接测量的电压信号。
[0022]功率测量单元8核心采用DSP芯片F28027，使用50MHz外部晶振提供震荡，具有速度快、稳定性强、能耗低的优点。芯片集成了 4个模/数转换器，将两个模/数转换器引脚分别连接到电流互感器7、分压电路5的输出端，测量两者电压，在DSP内部进行计算获得当前用电器消耗功率，并通过LED显示屏1206显示出来。DSP内部的计算采用本领域常用的技术手段实现，不是本实用新型的发明点所在，次数不再赘述。
[0023]分压电路Rl采用兆欧级电阻，使15〈R1/R2〈2。
[0024]互感线圈2按照2: I进行绕制，装置输出端可以驱动额定电压为50V/150W直流电机运转。
[0025]由于谐波提取装置产生较大磁场，各相谐波分离互感线圈2之间会相互干扰，同时会对电流互感器7和功率测量单元8的正常工作产生一定影响，需要使用金属壳或金属网隔离各个谐波分离单元。
[0026]参见图3，本实用新型的处理过程如下:通过谐波分离单元从电网中分离出目标谐波，经过整流滤波单元将无法利用的各次谐波调整为可以利用的直流电，并直接为用电器供电，电流互感器和分压电路分别将电压值和电流值按照一定比例缩小到功率测量单元的量程范围内，功率测量单元根据输入计算出用电器的实际消耗功率，功率值可由液晶显示屏显示。
【主权项】
1.一种电网谐波能量利用装置，其特征在于:包括谐波分离单元(1)、整流滤波单元(3)、用电器(4)、分压电路(5)、电源管理单元(6)、电流互感器(7)和功率检测单元(8)，其中所述谐波分离单元(I)的输入端连接电网中的三相线，谐波分离单元(I)的输出端与整流滤波单元(3)的输入端连接，整流滤波单元(3)的输出端连接用电器(4)的输入端，电流互感器(7)串联到整流滤波单元(3)和用电器(4)之间，电源管理单元(6)和分压电路(5)的输入端并联到用电器(4)的输入端，电流互感器(7)和分压电路(5)的输出端分别与功率检测单元(8)的输入端连接，电源管理单元(6)的输出端与功率检测单元(8)的电源端连接。
2.根据权利要求1所述一种电网谐波能量利用装置，其特征在于:还包括显示单元(9 )，所述显示单元(9 )的电源端连接电源管理单元(6 )的输出端，显示单元(9 )的输入端连接功率检测单兀(8)的输出?而。
3.根据权利要求1或2所述一种电网谐波能量利用装置，其特征在于:所述谐波分离单元(I)中包括将电网中的谐波进行提取分离的互感线圈(2 )。
4.根据权利要求1或2所述一种电网谐波能量利用装置，其特征在于:所述整流滤波单元(3)使用三相整流桥。
5.根据权利要求1或2所述一种电网谐波能量利用装置，其特征在于:所述谐波分离单元(I)为三个，分别连接到电网中的Α、B、C三相线。
6.根据权利要求5所述一种电网谐波能量利用装置，其特征在于:所述三个谐波分离单元(I)分别使用金属壳或金属网隔离。
【专利摘要】针对电网谐波产生的能量损耗和对电气设备产生的危害，本实用新型公开了一种电网谐波能量利用装置，包括谐波分离单元、整流滤波单元、用电器、电流互感器、电源管理单元、用电功率测量单元、分压电路和显示单元；通过利用互感线圈建立谐波低阻抗通道分离电网谐波分量，经过整流滤波为直流用电器提供电能，实现谐波的治理与再利用，同时采用得到的电能驱动功率检测模块，实时监测装置工作状态。
【IPC分类】H02J17-00
【公开号】CN204517511
【申请号】CN201520245952
【发明人】韩升, 张占龙, 左磊, 黄松渝
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月22日