一種用於成套無源電力濾波器保護的諧波保護裝置的製作方法
2023-07-07 11:13:06
專利名稱：一種用於成套無源電力濾波器保護的諧波保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無源電力濾波器保護裝置，特別是一種能夠針對成套無源電力濾波器支路多、濾波支路諧波電流含量大、諧波電壓含量大等特點進行保護的裝置，該裝 置基於DSP技術並包含了適用於無源電力濾波器濾波支路的特殊算法，能很好的達到對無源電力濾波器進行保護的目的。
背景技術：
電網中大量應用的電弧設備、鐵磁設備等非線性裝置運行中會產生很大的諧波， 近年來越來越多的電力電子裝置的應用更加劇了諧波汙染。諧波的存在給公用電網帶了嚴重危害，如增加系統中元件的附加損耗、影響各種電氣設備的正常工作、導致繼電保護和自動裝置的誤動作等。目前的濾波手段主要有有源電力濾波和無源電力濾波兩種，無源電力濾波器因其成本低、結構簡單、維護方便等原因得到了廣泛的應用。現有的無源電力濾波器保護主要靠電容器保護裝置來實現，電容器保護裝置一般包括過流保護、零序過流保護、過電壓保護、 低電壓保護、不平衡電壓保護、不平衡電流保護、非電量保護等。電容器保護裝置採集相關的電壓、電流模擬量，計算出相應的保護參數作為判據，保護參數是按照電壓、電流模擬量中的工頻參數來計算的，這對於無功補償支路較為合適，但對於諧波含量較多的無源電力濾波支路的保護則較為欠缺，無法考慮到諧波電流在支路中可能造成的過流和過壓，而這些由諧波導致的過流和過壓都有可能會縮短無源電力濾波器的壽命嚴重時甚至會損壞濾波器。另外，常用的濾波器配置方案中，通常由一臺斷路器投切整套無源電力濾波器，每一條濾波支路都必須配備一臺電容器保護裝置，成套裝置二次接線繁瑣，保護裝置成本較高， 對電容器保護裝置的資源也沒有充分利用。
發明內容針對電容器保護裝置在無源電力濾波器保護中存在的缺陷或不足，本實用新型的目的在於，提供一種用於成套無源電力濾波器保護的諧波保護裝置，該裝置除了具備電容器保護裝置的過流、零序過流、過電壓、低電壓等工頻保護功能外，還具備針對諧波的諧波電流保護、諧波電壓保護、聯鎖保護和多條濾波支路的保護功能，真正達到保護無源電力濾波器的目的。為了實現上述任務，本實用新型採取如下的技術解決方案一種用於成套無源電力濾波器保護的諧波保護裝置，包括機殼，機殼上有液晶顯示屏，其特徵在於，所述的機殼內設有信號處理模塊，在信號處理模塊上分別連接有模擬量採樣模塊和信號調理模塊、電源模塊、通訊模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊和人機接口。本實用新型的用於成套無源電力濾波器保護的諧波保護裝置，能夠根據基波電壓加各次諧波電壓之和判斷電容器是否過壓。在原有電容器保護裝置的保護軟體的基礎上增加了與諧波電流和電壓保護相關功能，硬體上也根據需要做了調整，增加了模擬量採樣通道的個數，這樣的設計方案使諧波保護裝置在實現諧波保護功能的同時，也達到了與現有成熟的電容器保護裝置同樣的可靠性。
該用於成套無源電力濾波器保護的諧波保護裝置在傳統的電容器保護裝置的保護配置基礎上增加了以下功能(1)諧波電流保護功能。計算各次濾波之路上基波電流和各次諧波電流之和的有效值，當該值大於整定值時動作，整定值一般設為電容器額定電流的1. 35倍。諧波一般計算到25次。(2)諧波電壓保護功能。計算各次濾波支路上各次諧波電流在電容器上產生的電壓降之和，當基波電流和諧波電流在電容器上產生的電壓降之和大於整定值時動作，整定值一般等於電容器額定電壓。諧波一般計算到25次。(3)多路採集功能。採集所有濾波支路的相關電壓、電流等參數，最多可採集五條支路，對所有無源濾波進行統一保護。(4)聯鎖保護功能。採集無源濾波器各個支路的斷路器或隔離刀狀態，識別無源濾波器的工作狀態，當濾波支路組合不合理時，保護裝置拒投或跳間，使無源電力濾波器避免可能產生的諧波放大。如無源電力濾波器由5、7、11次濾波支路組成時，當5次濾波支路故障跳閘時，7次和11次濾波支路也應跳閘，而當僅投7次和11次時保護裝置拒投。
圖1是本實用新型的硬體系統原理圖。圖2是諧波保護裝置的保護信號採集應用原理圖。圖3是諧波保護裝置端子的定義。圖4-1是DSP的外圍電路原理圖；圖4-2是開關量模塊輸入、輸出原理圖；圖4-3是總線板原理圖；圖4-4是模擬信號調理原理圖。
以下結合附圖和發明人給出的實施例對本實用新型作出進一步的詳細說明。
具體實施方式
如圖1所示，依本實用新型的技術方案，本實施例給出一種具有諧波保護功能的無源電力濾波器保護裝置，包括機殼，機殼上有液晶顯示屏，機殼內設有信號處理模塊2(以下稱CPU)，CPU上分別連接模擬量採樣模塊和信號調理模塊1、電源模塊3、通訊模塊4、開關量輸入模塊5、開關量輸出模塊6和人機接口 7。其中，模擬量採樣模塊和信號調理模塊1完成模擬信號的轉換、調理和低通濾波， CPU完成信號的A/D轉換、計算和輸出並通過光耦驅動輸出繼電器；CPU內固化有保護軟體， 以實現過流保護、零序過流保護、過電壓保護、低電壓保護、不平衡電壓保護、不平衡電流保護、非電量保護、諧波電流保護、諧波電壓保護、聯鎖跳閘等功能。人機接口 7完成使用者與保護裝置之間的信息交互。圖2是本實用新型的應用保護原理圖。參見圖2，該實施例中，將製備的用於IOkV無源電力濾波器保護的諧波保護裝置通過1臺斷路器掛在IOkV母線下，無源電力濾波裝置設5次、7次和11次三個濾波支路，諧波保護裝置採集各個支路的A相電流、C相電流、不平衡電壓、母線電壓信號和斷路器狀態等參數，根據參數設置當某個支路出現故障時可發出告警信號或跳閘斷路器。在該實施例中，無源電力濾波裝置由5次濾波支路、7次濾波支路和11次濾波支路組成，由一臺保護裝置同時對三個濾波支路進行檢測和保護。圖3是保護裝置端子定義，圖3中，CZl中的端子101、102、103、104四個端子，端子 103和104懸空，端子101是24V正極，端子102是24V負極。端子CZl中的105、106、107、 108四個端子，端子105是220L，端子106是220N，端子108懸空。CZ2 中的端子 201,202,…、210，211、212…、220，其中，201 為 485+, 202 為 485-, 203 208依次是開關量輸入1 開關量輸入6，209是斷路器狀態，210是開關量公共負， 211、212是告警出口(長信號)，213、214是控制器跳閘出口(延時Is的脈衝信號)，215和216 為備用出口 1，217和218為備用出口 2，219和220為備用出口 3。CZ3中的端子301、302、...、320，其中，301 304依次為母線A相電壓 母線N相電壓，305是母線A相電流進，306是母線A相電流出，307是母線B相電流進，308是母線B 相電流出，309是母線C相電流進，310是母線C相電流出，311和312是支路1不平衡電壓， 313和314是支路2不平衡電壓，315和316是支路3不平衡電壓，317和318是支路4不平衡電壓，319和320是支路5不平衡電壓。CZ4中的端子401、402、...、420，其中，401是支路1的A相電流進，402是支路1 的A相電流出，403是支路1的C相電流進，404是支路1的C相電流出，405是支路2的A 相電流進，406是支路2的A相電流出，407是支路2的A相電流進，408是支路2的C相電流出，409是支路3的A相電流進，410是支路3的A相電流出，411是支路3的C相電流進， 412是支路3的C相電流出，413是支路4的A相電流進，414是支路4的A相電流出，415 是支路4的C相電流進，416是支路4的C相電流出，417是支路5的A相電流進，418是支路5的A相電流出，419是支路5的C相電流進，420是支路5的C相電流出。在本實施例中，CPU選擇DSP晶片。圖4-1是DSP晶片的外圍電路原理圖；主要包括 DSP 晶片(U2), DS1302 晶片(U5), X5643 晶片(U4), 74HC245 晶片(U6)，集成電路 SN74 HC139N (U7A，U7B)。DSP晶片(U2)是一種具有特殊結構的微處理器。DSP晶片的內部採用程序和數據分開的哈佛結構，具有專門的硬體乘法器，廣泛採用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實現各種數位訊號處理算法。DS1302晶片(U5)可以對年、月、日、周日、時、 分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2. 5V 5. 5V。採用三線接口與CPU進行同步通信，並可採用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個 31X8的用於臨時性存放數據的RAM寄存器。圖4-2是開關量模塊輸入、輸出原理圖；主要包括光耦TLP521-4 (Q5，Q6)，達林頓管MC1413 (U6), MC1413 (U6)最大集電極電流可達500mA。能夠在關態時承受50V電壓， 輸出還可以在高負載電流並行運行。圖4-3是總線板原理圖；圖4-4是模擬信號調理原理圖。本實施例的有諧波保護功能的無源電力濾波器保護裝置，採集的信號包括(1)、5次、7次和11次支路的A相、C相電流信號；[0034](2),5次、7次和11次支路的不平衡電壓信號(根據需要也可採集不平衡電流信號；(3)、10kV母線三相電壓信號；(4)、斷路器信號。採入的各支路A相、C相電流信號和母線電壓信號首先應經過二階RC低通濾波器， 濾除25次以上的諧波。濾波後的信號進入DSP採樣，每工頻周期採樣64點，然後進行64 點離散傅立葉變換得到基波、各次諧波電流和各次諧波電壓分量，作為保護的原始依據。針對諧波保護採取如下策略能夠根據基波電流加各次諧波電流有效值之和判斷電容器是否過流。能夠根據基波電壓加各次諧波電壓之和判斷電容器是否過壓。能夠採集無源濾波器各個支路的斷路器或隔離刀狀態，並根據這些狀態對無源電力濾波器的運行方式作出判斷，當無源電力濾波裝置工作於非正常組合方式時，保護裝置拒投或跳閘。(1)、諧波電流保護功能。該功能可用下式表示
權利要求1.一種用於成套無源電力濾波器保護的諧波保護裝置，包括機殼，機殼上有液晶顯示屏，其特徵在於，所述的機殼內設有信號處理模塊(2)，在信號處理模塊(2)上分別連接有模擬量採樣模塊和信號調理模塊(1)、電源模塊(3)、通訊模塊(4)、開關量輸入模塊(5)、開關量輸出模塊(6)和人機接口(7)。
2.如權利要求1所述的用於成套無源電力濾波器保護的諧波保護裝置，其特徵在於， 所述的信號處理模塊(2)選擇DSP晶片。
專利摘要本實用新型公開了一種用於成套無源電力濾波器保護的諧波保護裝置，包括機殼，機殼上有液晶顯示屏，機殼內設有信號處理模塊，在信號處理模塊上分別連接有模擬量採樣模塊和信號調理模塊、電源模塊、通訊模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊和人機接口。可採集五路濾波支路的A相、C相電流和不平衡電壓(或不平衡電流)，同時對5路濾波支路實現保護，具備諧波電壓保護功能，具備諧波電流保護功能，能夠識別無源電力濾波器支路組合方式是否合理並在支路組合方式不合理時拒投或跳閘斷路器，可完全適用於無源電力濾波器支路多、支路中諧波含量高的特點。能夠充分保護無源電力濾波器的裝置安全。
文檔編號H02H7/00GK201975758SQ20112013273
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月29日 優先權日2011年4月29日
發明者王恆, 金黎 申請人:西安森寶電氣工程有限公司