專利名稱：復(fù)雜電力系統(tǒng)諧波、無功、負(fù)序綜合治理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)雜電力系統(tǒng)諧波、無功、負(fù)序綜合治理裝置。
無功功率補(bǔ)償是一個(gè)老問題，但是，在諧波含量較高的配電網(wǎng)中，對無功功率補(bǔ)償提出了更高的要求。目前電力系統(tǒng)中無功補(bǔ)償大都是采用機(jī)械開關(guān)控制的電容器投切，諧波補(bǔ)償大多采用無源濾波裝置，負(fù)序治理的工作尚未大范圍開展。另外，目前無功補(bǔ)償、負(fù)序電流補(bǔ)償、諧波抑制是分別地、單獨(dú)地進(jìn)行的。由于不是按統(tǒng)一的物理模型綜合地進(jìn)行治理，常出現(xiàn)顧此失彼的情況，而且響應(yīng)速度慢，經(jīng)濟(jì)性差，安裝維護(hù)工作量大，妨礙了電網(wǎng)污染治理工作的順利進(jìn)行。
本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是一種復(fù)雜電力系統(tǒng)諧波、無功、負(fù)序綜合治理裝置，由電壓變送器、電流變送器以及實(shí)時(shí)補(bǔ)償電路所構(gòu)成，所述實(shí)時(shí)補(bǔ)償電路由數(shù)據(jù)采集卡、工業(yè)PC機(jī)、晶閘管觸發(fā)電路、晶閘管開關(guān)組、電容器組、有源濾波器所構(gòu)成；其中，電壓變送器和電流變送器的輸出端分別與工業(yè)PC機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡的輸入端連接，工業(yè)PC機(jī)的輸出端分別與晶閘管觸發(fā)電路和PWM控制器的輸入端相連接，晶閘管觸發(fā)電路與晶閘管開關(guān)組相連，晶閘管開關(guān)由晶閘管與電力二極管反并聯(lián)組成，電容器組經(jīng)晶閘管開關(guān)組和交流接觸器及刀開關(guān)接入配電網(wǎng)系統(tǒng)母線，PWM控制器與任意波形發(fā)生器相連，作為有源濾波器，有源濾波器經(jīng)交流接觸器及刀開關(guān)接入配電網(wǎng)系統(tǒng)母線。
所述的晶閘管觸發(fā)電路在系統(tǒng)電壓正峰值發(fā)出觸發(fā)脈沖，晶閘管開關(guān)組由晶閘管和二極管反并聯(lián)組成，電容器已經(jīng)預(yù)充電，因此無需過零檢測電路，電容器投入或切除時(shí)沒有過渡過程。所述任意波形發(fā)生器由IGBT與直流電容器組成，由PWM調(diào)制波形給出任意電流波形。
本實(shí)用新型所應(yīng)用的諧波、負(fù)序、無功的綜合治理技術(shù)，是從我們提出的新的綜合治理理論出發(fā)(即無功、諧波、負(fù)序在物理本質(zhì)上是一致的，都可歸結(jié)為電流波形與相位的畸變)，，集所有電網(wǎng)污染源(諧波、負(fù)序、無功)的治理于一身，用同一裝置、同一原理對所有污染同時(shí)進(jìn)行治理?？商岣唠娔苜|(zhì)量、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全、提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益、降低污染治理的成本、提高電網(wǎng)污染治理的有效性。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果(1)提出了單一的補(bǔ)償目標(biāo)，克服了傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置各自為政，互相沖突的缺點(diǎn)；(2)用有源與無源相結(jié)合的混合補(bǔ)償方案，補(bǔ)償效果好，經(jīng)濟(jì)可靠；(3)系統(tǒng)補(bǔ)償過程中不增加任何新的畸變分量；(4)在時(shí)域中計(jì)算電流補(bǔ)償分量，物理概念清晰，運(yùn)算速度快，實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償目標(biāo)的一致性；(5)采用工業(yè)PC機(jī)進(jìn)行控制，自動(dòng)化程度高，控制軟件界面友好，操作簡便，易于維護(hù)。
圖6為本實(shí)用新型的任意波形發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖。
如

圖1所示，配電網(wǎng)母線1電壓與電流經(jīng)電壓互感器2、電流互感器3轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的100V電壓和標(biāo)準(zhǔn)的1A(5A)電流，送入復(fù)雜電力系統(tǒng)諧波、無功、負(fù)序綜合治理裝置4。復(fù)雜電力系統(tǒng)諧波、無功、負(fù)序綜合治理裝置4對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出所需補(bǔ)償電流，并產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流，對非線性負(fù)荷5進(jìn)行補(bǔ)償。
如圖2所示，本實(shí)用新型的復(fù)雜電力系統(tǒng)諧波、無功、負(fù)序綜合治理裝置工作原理如下將接入母線1上的電壓互感器2和電流互感器3輸出的電壓、電流信號分別經(jīng)電壓變送器4.1、電流變送器4.2轉(zhuǎn)換成弱電壓uax、ubx、ucx，弱電流信號iax、ibx、icx。電壓ux、電流ix信號傳送到數(shù)據(jù)采集卡4.3，由數(shù)據(jù)采集卡4.3測量并由工業(yè)PC機(jī)4.4計(jì)算出三相總有功功率P，各相相電壓的有效值Ux；計(jì)算得出理想負(fù)荷電流為iap=P3UX2ua,ibp=P3UX2ub,icp=P3UX2uc,]]>由所需的補(bǔ)償電流為iac＝ia-iap、ibc＝ib-ibp、icc＝ic-icp。由工業(yè)PC機(jī)4.4從補(bǔ)償電流iac、ibc和icc中分離出基波分量iaT、ibT和icT，作為晶閘管分相投切電容器(TSC)的補(bǔ)償控制量；將剩余諧波負(fù)序分量iah＝ia-iaT、ibh＝ib-ibT、ich＝ic-icT作為有源濾波器的補(bǔ)償分量；工業(yè)PC機(jī)4.4根據(jù)TSC的補(bǔ)償控制量計(jì)算得出各相需要投入的電容器的容量，并控制晶閘管觸發(fā)電路4.7，向晶閘管開關(guān)組4.8中相應(yīng)的晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖，使這些晶閘管導(dǎo)通，投入容量適合的電容器組4.9，使電容電流分別為iaT、ibT和icT；工業(yè)PC機(jī)4.4根據(jù)有源濾波器的補(bǔ)償分量計(jì)算得出任意波形發(fā)生器的PWM調(diào)制信號，有源濾波器中的PWM控制器4.5根據(jù)該信號向任意波形發(fā)生器4.6發(fā)出PWM調(diào)制波形，使任意波形發(fā)生器4.6發(fā)出的電流分別為iah、ibh和ich；根據(jù)上述步驟，可以使電源側(cè)提供的負(fù)荷電流為理想負(fù)荷電流iap、ibp和icp，將非線性負(fù)荷補(bǔ)償為理想負(fù)荷；重復(fù)上述步驟，可以跟蹤負(fù)荷的變化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，完全消除負(fù)荷電流中的諧波、無功和負(fù)序分量。
如圖3所示，晶閘管觸發(fā)電路由觸發(fā)脈沖發(fā)生器6，電壓—電流轉(zhuǎn)換單元7，電—光轉(zhuǎn)換器8，光纖9，光—電轉(zhuǎn)換器10，脈沖功放電路11，多路脈沖分配器12和脈沖功放電源13組成，可將低電位側(cè)的觸發(fā)脈沖經(jīng)光纖傳送至10kV～35kV的高電位側(cè)。
本實(shí)用新型的實(shí)施例一臺380V，容量為350kVar復(fù)雜電力系統(tǒng)諧波、無功、負(fù)序綜合治理裝置。
電壓變送器4.1為小電壓互感器，電流變送器4.2為霍爾式電流傳感器，晶閘管觸發(fā)電路4.7的具體電路如圖4所示，晶閘管觸發(fā)脈沖由圖3中的觸發(fā)脈沖發(fā)生器6送出，光電隔離采用的是惠普公司的HFBR-0400系列，發(fā)送器采用HFBR-1414，接受器采用HFBR-2412?？稍诎l(fā)送器和接受器之間傳送模擬信號和數(shù)字信號，傳送數(shù)據(jù)速率為5MBd，傳送距離為2000m.HFBR-1414正向工作電壓VF＜1.5V最大正向工作電流IF為60mA，最大衰減為4dB/km最大時(shí)延為50ns。三極管Q1起開關(guān)管的作用，KCZ2產(chǎn)生脈沖使Q1導(dǎo)通，HFBR-1414上就有電流流過，電流大小為IF＝(VCC-VF)/R1＝(5V-1.5V)/0.1KΩ＝35mA。HFBR-2412輸出端6腳為TTL電平輸出，但輸出和輸入是反向的，所以用三極管Q7作反向器。Q4為大功率三極管，二極管D1和脈沖變壓器的原邊反并聯(lián)，D1起續(xù)流的作用，迅速釋放變壓器線圈上的能量，使脈沖變壓器上流過的使大功率的高速脈沖。同時(shí)注意高壓側(cè)電源必須和低壓側(cè)電源隔離，才能真正起到高低壓隔離作用，高壓側(cè)電源從高壓端由電流互感器取能得到。最后將觸發(fā)脈沖送到晶閘管的觸發(fā)極，以觸發(fā)晶閘管。晶閘管開關(guān)組4.8由12對反并聯(lián)的晶閘管和二極管及相應(yīng)的保護(hù)電路構(gòu)成(每相四對)，電容器每相四組，容量按1∶2∶4∶8成二進(jìn)制分配，三相共300kVar。PWM控制器4.5由DSP芯片為核心的集成電路構(gòu)成，如圖5所示，DSP芯片采用德州儀器公司出品的TMS320F240芯片作為中央控制單元；靜態(tài)RAM用于存儲一些臨時(shí)數(shù)據(jù)；ISA總線為工業(yè)PC機(jī)上的系統(tǒng)總線；數(shù)據(jù)緩沖和鎖存單元作為ISA總線與TMS320F240交換數(shù)據(jù)的媒介。PWM輸出隔離單元將PWM波送至任意波形發(fā)生器作為控制信號；保護(hù)輸入輸出單元從傳感器得到保護(hù)信號，并輸出相應(yīng)的開關(guān)量，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的功能；I/O輸入輸出隔離裝置既可以接受各開關(guān)的位置量，也可以輸出開關(guān)量以控制各開關(guān)的開斷。。任意波形發(fā)生器4.6由IGBT組成的開關(guān)組和直流電容組成，容量為50kVar，通過交流接觸器和刀閘開關(guān)聯(lián)接到三相交流輸電系統(tǒng)的A、B、C、N母線上。如圖6所示。工業(yè)PC機(jī)4.4采用以工業(yè)級PIII處理器為核心的ADVANTECH系列工控機(jī)，抗干擾能力強(qiáng)，計(jì)算速度快。交流接觸器4.10和刀閘開關(guān)4.11用于本裝置出現(xiàn)故障或例行檢修時(shí)，將裝置從系統(tǒng)中安全有效退出。
權(quán)利要求1.一種復(fù)雜電力系統(tǒng)諧波、無功、負(fù)序綜合治理裝置，由電壓變送器、電流變送器以及實(shí)時(shí)補(bǔ)償電路所構(gòu)成，其特征是所述實(shí)時(shí)補(bǔ)償電路由數(shù)據(jù)采集卡、工業(yè)PC機(jī)、晶閘管觸發(fā)電路、晶閘管開關(guān)組、電容器組、PWM控制器和任意波形發(fā)生器所構(gòu)成；其中，電壓變送器和電流變送器的輸出端分別與工業(yè)PC機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡的輸入端連接，工業(yè)PC機(jī)的輸出端分別與晶閘管觸發(fā)電路和PWM控制器的輸入端相連接，晶閘管觸發(fā)電路與晶閘管開關(guān)組相連，電容器組經(jīng)晶閘管開關(guān)組和交流接觸器及刀開關(guān)接入系統(tǒng)母線，PWM控制器與任意波形發(fā)生器相連，作為有源濾波器，有源濾波器經(jīng)交流接觸器及刀開關(guān)接入系統(tǒng)母線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述復(fù)雜電力系統(tǒng)諧波、無功、負(fù)序綜合治理裝置，其特征在于晶閘管開關(guān)組由晶閘管和二極管反并聯(lián)組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種復(fù)雜電力系統(tǒng)諧波、無功、負(fù)序綜合治理裝置。本實(shí)用新型從電流畸變考慮補(bǔ)償方法可避開從無功功率、負(fù)序電流或諧波分別考慮補(bǔ)償方法的局限性，適用于任何網(wǎng)絡(luò)，而且避免了傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置由于諧波、負(fù)序補(bǔ)償目標(biāo)不明確而帶來的種種問題。該裝置采用無源和有源相結(jié)合的混合方案。通過晶閘管分相投切電容器組補(bǔ)償基波無功功率和部分基波負(fù)序電流；通過小容量的有源濾波器補(bǔ)償諧波電流和部分基波負(fù)序電流。解決了由于采用大功率有源濾波器必須采用高性能的芯片控制器，價(jià)格昂貴以及可靠性低的缺點(diǎn)，同時(shí)也解決了目前補(bǔ)償裝置功能單一，補(bǔ)償裝置之間功能要求難以協(xié)調(diào)等問題，使綜合補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低、可靠性高、相對需要維護(hù)工作量小。本實(shí)用新型可以有效地抑制諧波和負(fù)序功率，提高負(fù)荷的功率因數(shù)，使安裝地點(diǎn)的電能質(zhì)量大大改善，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號H02J3/00GK2585464SQ0227955
公開日2003年11月5日 申請日期2002年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月16日
發(fā)明者陳允平, 查曉明, 劉會(huì)金, 孫建軍, 彭輝 申請人:武漢大學(xué)