用於電力系統的中線有源諧波消除裝置的製作方法
2023-08-06 11:19:21 1
專利名稱：用於電力系統的中線有源諧波消除裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種有源諧波消除裝置，尤其是涉及ー種用於電カ系統的中線有源諧波消除裝置。
背景技術：
隨著現代エ業的發展和人民生活水平的提高，對電能質量的要求也越來越高。因此不斷提高供電質量成為電カ部門的當務之急。諧波含量是衡量電カ系統經濟運行的重要指標。現代エ業系統中，諸如煉鋼電弧爐、電氣化鉄道、可逆式大型軋鋼機等均屬於動態變化的非線性負荷。這類負荷的特點是有功與無功功率隨時間作快速變化，導致供電電壓 的波動和閃變、供電電壓的波形畸變、功率因數惡化以及不平衡負荷引起三相供電電壓的 上得到累加，最終形成線路絕緣老化，大大的提高了火災的隱患。目前行業中普遍採用的消除諧波的方法是在系統側並聯安裝電カ有源濾波器，這種方法雖然能夠有效的抑制中線諧波電流，但同時也濾除了各相線的諧波電流。目前有源濾波器的造價較高，對於ー些只關心中線電流和操作空間有限的現場來說傳統的有源電カ濾波器不能滿足工程應用上的需求。
實用新型內容本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供ー種專門針對中線、濾波效果好、安裝方便的用於電カ系統的中線有源諧波消除裝置。本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現—種用於電カ系統的中線有源諧波消除裝置，其特徵在於，該裝置包括主電路和控制電路，所述的主電路與控制電路相連，主電路的兩端分別連接負荷的中線迴路和電カ系統的中線迴路，控制電路通過採樣得到中線中的諧波阻抗，並控制主電路使主電路中的LC濾波通路的阻抗與中線諧波阻抗相匹配，消除中線的諧波含量。所述的主電路包括輸入端子、輸出端子、IGBT控制開關、LC濾波通路、電流互感器、電壓互感器和保護通路，所述的輸入端子的輸入端連接負荷的中線迴路，輸出端通過電流互感器連接IGBT控制開關，所述的IGBT控制開關連接LC濾波通路，所述的LC濾波通路通過輸出端子連接電カ系統的中線迴路，所述的電壓互感器一端接在IGBT控制開關的集電極上，另一端與LC濾波通路連接，所述的保護通路兩端分別連接輸入端子和輸出端子。所述的保護通路中設有雙向可控矽觸發開關。所述的LC濾波通路中的電抗器為鐵矽鋁材質的高頻電抗器，電容為高頻薄膜電容。所述的控制電路包括米樣迴路、控制迴路、IGBT驅動電路和保護驅動電路，所述的採樣迴路的輸入端分別與電壓互感器、電流互感器連接，採樣迴路的輸出端與控制迴路連接，所述的控制迴路分別連接IGBT驅動電路和保護驅動電路，所述的IGBT驅動電路與IGBT控制開關連接，所述的保護驅動電路與保護通路連接。所述的採樣迴路包括數模轉換晶片和差分輸入運算放大器，採樣迴路的採樣信號包括中線電流輸入信號、中線電流輸出信號和LC濾波通路兩端電壓信號，採樣信號通過採樣迴路中的模轉換晶片和差分輸入運算放大器轉換為控制信號後輸出給控制迴路。所述的控制迴路包括基於DSP晶片的運算電路，所述的控制迴路接收採樣迴路輸出的控制信號，通過運算電路提取出中線中的諧波含量，並結合運算電路中的開關信號調製機制發生觸發信號觸發所述IGBT驅動電路和保護驅動電路。所述的運算電路採用的算法為針對中線諧波電流的瞬時電流分解算法。與現有技術相比，本實用新型具有以下優勢I)高精度的數據轉換本實用新型採用16位4通道高速A/D轉換器晶片和誤差僅 為千分之幾的差分輸入運算放大器。數據採集通過運算放大器，再傳輸到高精度的A/D轉換晶片，並由算法及控制晶片最終通過算法算出精確的數據；2)專門針對中線的諧波濾除效果單線進入，單線輸出，接線簡單，IGBT開關器件少；3)擁有數據存儲功能本實用新型內部配有數據存儲晶片，可存儲設備在工作過程中的各種狀態數據，保護信息，諧波超標信息，中線過流狀態；4)多種工作參數可設本實用新型提供了種類繁多的參數，可供用戶針對不同的現場進行相應的設置，大大增加了裝置使用的靈活性；5)核心晶片的功能強大本實用新型採用最現代的微處理器和和數位訊號處理技術，DSP晶片的數據處理功能強大，能迅速的對所採樣的數據進行計算和分析，並且能同時處理大批量數據；6)更新進、更有效的算法本實用新型採用新型的專門針對中線諧波電流的瞬時電流分析算法，能夠快速準確的提取中線中的各種諧波含量，達到準確的諧波分析的效果;7)安裝方便本裝置採用的是單點串入式安裝結構因此裝置接線數量少，整體體積輕；8)濾波效果好串聯型的中線濾波裝置相當於在中線上加裝了一個可靠地濾波閥門，將所有的諧波含量堵截在LC濾波迴路中阻止諧波回灌系統。
圖I為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的控制策略工作流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例一種ACT-N-Sine用於電力系統的中線有源諧波消除裝置，包括主電路和控制電路，所述的主電路與控制電路相連，主電路的兩端分別連接負荷的中線迴路和電力系統的中線迴路。控制電路中採用專門的3N次諧波提取採樣模塊，由於諧波的特性決定了流入中線的諧波含量必定為3N次諧波，為了提高諧波分析的速度與精度，3N次諧波提取採樣模塊通過ー套高精度的模擬信號調製電路實時快速的從中線電流信號內提取3N次諧波電流含量，將其數位化後通過分析運算得到中線諧波的阻抗；控制電路調節LC濾波通路的阻抗並使其與中線的諧波阻抗匹配，最終讓諧波電流在LC濾波通路內形成環流達到濾波的效果。如圖I所示，該裝置主電路的結構包括輸入端子I、輸出端子2、IGBT控制開關ーIGBTl和IGBT2、LC濾波通路和保護通路。輸入端子I的輸入端連接負荷的中線迴路，輸出端通過電流互感器CT連接IGBT控制開關；IGBT控制開關連接LC濾波通路；LC濾波通路通過輸出端子2連接系統的中線迴路，LC濾波通路通的兩端連接有電壓互感器PT，LC濾波通路中的電抗器L為鐵矽鋁材質的高頻電抗器，鐵矽鋁高頻電抗器具有工作穩定、溫升低、無渦流損耗的特點，電容C為高頻薄膜電容；保護通路兩端並聯在輸入端子I和輸出端子2上，保護通路的內部結構為一個雙向可控矽觸發開關SCR。該裝置控制電路的結構包括採樣迴路3、控制迴路4、IGBT驅動電路5和保護驅動 電路6。採樣迴路3的輸入端分別與電壓互感器PT、電流互感器CT連接，採樣迴路3的輸出端與控制迴路4連接，控制迴路4分別連接IGBT驅動電路5和保護驅動電路6，IGBT驅動電路5通過LC濾波通路與IGBT控制開關連接，保護驅動電路6與保護通路連接。採樣迴路3包括數模轉換晶片和高精度的差分輸入運算放大器，該迴路具有採樣精度高，動態範圍大，工作穩定性強等優點；採樣迴路3的採樣信號包括中線電流輸入信號、中線電流輸出信號和LC濾波通路兩端電壓信號，採樣信號通過採樣迴路中的模轉換晶片和差分輸入運算放大器轉換為控制信號後輸出給控制迴路4。控制迴路4包括基於DSP晶片的運算電路和外圍控制邏輯，控制迴路4接收採樣迴路3輸出的控制信號，通過運算電路提取出中線中的諧波含量，並結合運算電路中的開關信號調製機制發生觸發信號觸發IGBT驅動電路5和保護驅動電路6 ;本實施例DSP晶片採用的是美國TI公司的TMS320F28335系列高速浮點數位訊號處理器，其中的外圍控制邏輯由通用的數字門電路組成，基於TMS320F28335的強大運算功能，本實用新型的控制迴路具有運算速度快工作精度高反應快速等優點；運算電路採用的算法為針對中線諧波電流的瞬時電流分解算法。IGBT驅動電路5採用的是CONCEPT公司的專用IGBT驅動電路，由隔離電源，驅動模塊，和驅動保護三部分組成，該驅動電路工作穩定，可靠性強，能有效地保護IGBT控制開關。保護驅動電路6由額外的一路電壓採樣、一路電流採樣，配合IO開關量的輸出信號共同組成，保護迴路獨立於其他迴路，在出現過壓的情況時用於直接導通迴路中線讓負載正常運行。由產品的結構可以得知，首先我們要將負載接入系統的中線斷開JfACT-N-Sine用於電カ系統的中線有源諧波消除裝置直接串聯接入斷開的兩個節點，裝置內部的輸入端子與負載側中線的輸出節點相連；裝置內部的輸出端子與電カ系統的中線節點相連；裝置還需要一路220V的控制電源接入；只要完成上述簡單的接線工作設備便能正常投入工作。上述ACT-N-Sine用於電カ系統的中線有源諧波消除裝置工作流程如圖2所示，具體包括以下步驟[0037]在步驟101中，設備上電；在步驟102中，上電後，裝置中的IGBT I、IGBT 2以及SCR同步投入，這時裝置內部的LC濾波通路並沒有真正的投入運行，負載的工作迴路是通過保護通路和電力系統進行能量交換；在步驟103中，等到系統穩定後設備根據用戶設定的工作參數實時通過電流互感器CT採集中線電流，並分析中線中的諧波含量；在步驟104中，實時檢測並判斷電壓互感器PT採集到的LC濾波通路兩端的電壓信號是否超過保護設定值，若是，則執行步驟105，若否，則執行步驟106 ；在步驟105中，控制迴路控制保護驅動電路打開SCR觸發信號，裝置進入保護狀態；在步驟106中，控制迴路控制保護驅動電路關閉SCR觸發信號在20ms後保護通路 退出系統，負載通過LC濾波迴路與系統交換能量，控制迴路根據步驟103得到的分析結果及用戶設定的裝置工作模式將調製信號發送至IGBT驅動電路，IGBT驅動電路通過調製開關IGBTl和IGBT2的頻率和佔空比得到LC濾波通路不同的阻抗並將滿足諧振點的高次諧波全部控制在LC通路的內部並形成振蕩迴路達到濾波的效果，返回步驟103。ACT-N-Sine用於電力系統的中線有源諧波消除裝置在濾波工作的過程中實時檢測LC濾波通路的兩端電壓，當端電壓超過保護限定值後控制迴路迅速啟動保護可控矽的觸發信號將保護短路通入再次接入中線迴路中，此時負載再次直接與系統交換能量，LC濾波通路退出濾波。該保護的目的是當濾波出現異常時設備能正常工作。但在實際應用的工程中有些諧波是不允許流入電力系統的，在這樣的現場ACT-N-Sine用於電力系統的中線有源諧波消除裝置也可被設定為諧波超標速斷裝置。當LC濾波通路保護退出工作後，整個中線被截斷負載直接斷電退出工作。本實用新型的應用靈活多變，它可以作為中線諧波濾除裝置使用，亦可作為智能諧波超標速斷裝置使用，同時可以實現遠程數據採集和信息匯總。工業標準的RS-485通訊接口和Modbus通訊協議,使得組網輕鬆便捷。本實用新型作為一種先進的智能能諧波消除裝置，可以應用於各種配電系統，專門用於消除中線的諧波電流，或用於中線的諧波電流保護。相較與傳統的產品，本實用新型的成本控制更合理，造價更便宜，產品的使用群體和適用面更廣。本實用新型的使用將為綠色電網，淨化能源做出貢獻。
權利要求1.一種用於電力系統的中線有源諧波消除裝置，其特徵在於，該裝置包括主電路和控制電路，所述的主電路與控制電路相連，主電路的兩端分別連接負荷的中線迴路和電力系統的中線迴路。
2.根據權利要求I所述的一種用於電力系統的中線有源諧波消除裝置，其特徵在於，所述的主電路包括輸入端子、輸出端子、IGBT控制開關、LC濾波通路、電流互感器、電壓互感器和保護通路，所述的輸入端子的輸入端連接負荷的中線迴路，輸出端通過電流互感器連接IGBT控制開關，所述的IGBT控制開關連接LC濾波通路，所述的LC濾波通路通過輸出端子連接電力系統的中線迴路，所述的電壓互感器一端接在IGBT控制開關的集電極上，另一端與LC濾波通路連接，所述的保護通路兩端分別連接輸入端子和輸出端子。
3.根據權利要求2所述的一種用於電力系統的中線有源諧波消除裝置，其特徵在於，所述的保護通路中設有雙向可控矽觸發開關。
4.根據權利要求2所述的一種用於電力系統的中線有源諧波消除裝置，其特徵在於，所述的控制電路包括採樣迴路、控制迴路、IGBT驅動電路和保護驅動電路，所述的採樣迴路的輸入端分別與電壓互感器、電流互感器連接，採樣迴路的輸出端與控制迴路連接，所述的控制迴路分別連接IGBT驅動電路和保護驅動電路，所述的IGBT驅動電路與IGBT控制開關連接，所述的保護驅動電路與保護通路連接。
5.根據權利要求4所述的一種用於電力系統的中線有源諧波消除裝置，其特徵在於，所述的採樣迴路包括數模轉換晶片和差分輸入運算放大器。
6.根據權利要求4所述的一種用於電力系統的中線有源諧波消除裝置，其特徵在於，所述的控制迴路包括基於DSP晶片的運算電路，所述的控制迴路接收採樣迴路輸出的控制信號，通過運算電路提取出中線中的諧波含量，並結合運算電路中的開關信號調製機制發生觸發信號觸發所述IGBT驅動電路和保護驅動電路。
專利摘要本實用新型涉及一種用於電力系統的中線有源諧波消除裝置，該裝置包括主電路和控制電路，所述的主電路與控制電路相連，主電路的兩端分別連接負荷的中線迴路和電力系統的中線迴路。與現有技術相比，本實用新型具有數據轉換精度高、諧波消除效果好、安裝方便等優點。
文檔編號H02J3/01GK202524085SQ20122010416
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月19日 優先權日2012年3月19日
發明者舒觀瀾 申請人:上海利思電氣有限公司