智能無功功率補償和諧波濾波電路的製作方法

2023-04-27 06:39:26 1

專利名稱：智能無功功率補償和諧波濾波電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無功功率補償和無源濾波電路，尤其是在低壓變配電系統中能實時 監控和智能無觸點投切的電容多級無功功率補償和智能無觸點投切的無源濾波的於一體的電 路。
背景技術：
目前大量新增的用電負荷中，整流和變頻等電力電子設備所佔的比例不斷增加，使電網 的諧波汙染和低功率因數問題日益嚴重，影響了供電的質量.諧波電流還可能引起通訊系統、 監測儀器以及計算機系統故障。因此，對電網諧波採取有效抑制並對無功功率進行動態補償 已成為減少系統損耗，提高電能質量的有效措施。對於含有諧波源的低壓配電系統，如果僅 採用電容器組進行無功補償的話,在電容與電網的感抗組成的諧振迴路的諧振頻率等於或接 近於某次諧波分量的頻率時特定情況下，電容器還可能與系統發生諧振，使系統的諧波電流
得到放大，諧波含量過大時會對電容器的壽命產生影響，甚至造成電容器的過早損壞；並且 由於電容器可能對諧波的放大作用，將使系統的諧波幹擾更嚴重。因此在做無功補償時必須 考慮諧波治理，在有較大諧波千擾，又需要補償無功的地點，必須增加濾波裝置。
而現有技術中的無功功率補償方式大都採取三相無功補償或分相補償，其中三相無功補 償方式是以三相中的某一相為參考，進行補償，在這種情況下，只能保證三相中的一相處於 最佳補償狀態，而不能確保其它兩相的補償效果，易造成過補或欠補的情況，使線路中產生 過電壓或大電流的情況，造成在線設備的損壞；而分相補償的存在補償分級低、沒有數字接 口、智能化程度低等問題。同時，現有技術中的補償裝置大都不能實現後臺搡作，不能進行 實時列印。現有技術中的無功補償裝置中大都採用傳統繼電器、交流接觸器，因而在投切過 程中，無法實現零壓差投切，因而在投切過程中存在嚴重的打火、拉弧及切衝擊電流大等現 象，再加上有觸點機械式投切存在振動、噪聲、速度慢、易損壞等缺點使其無法工作在自動 頻繁投切運行狀態中。近期雖出現了一些無觸點無功補償裝置，實現了無衝擊、零壓差投切， 但其所用的可控矽元件較多，成本高。 發明內容為了克服傳統電容無功補償器的有觸點機械式投切方式在投切過程中無法實現零壓差投
切、振動、噪聲、速度慢、易損壞；無觸點無功補償電路所用的可控矽元件較多，成本高; 及傳統電容無功補償器無法過濾電網系統中日益嚴重諧波汙染，電容器甚至還可能與電網系 統的諧波汙染發生諧振，放大電網中的諧波汙染，嚴重影響電容無功補償器壽命，造成電網 系統中的很多電氣設備無法正常使用；現有的無功補償器補償分級低、沒有數字接口、智能 化程度低等問題。本實用新型提供一種智能無功功率補償和諧波濾波的電路，該電路能實現 對電網各相線無功補償過程中的零壓差投切、能對電網各個參數進行監測並智能控制對電網 相線的多級無功補償和諧波濾波。
本實用新型解決其技術問題所釆用的技術方案是本實用新型主要由電壓採樣單元、電 壓採樣單元、微電腦控制單元、補償單元、濾波單元及信息輸入/輸出單元組成。電流釆樣電 路設置為三個分別與微電腦控制單元和電源的三相連接的電流互感器1TA1、 2TA1、 3TA1,對
電源的三相線路的電流分別進行釆樣，並實時傳遞給微電腦控制單元；電壓採樣電路設置為 三條與電源和實時功率分析控制器連接的通路採樣單元的一端連接在三相線路上，對電源的 三相線路的電壓分別進行採樣，並實時傳遞給微電腦控制單元。補償單元由投切電路和補償 電容器組成，投切電路連接於微電腦控制器，當微電腦控制器向投切電路發出投切信號，投 切元件動作，接通或斷開補償電容器，實現補償作用；補償單元的電容投切電路開關採用以 晶閘管觸發電路與晶閘管開關組成的複合式電容器開關；晶閘管的kl觸發控制端與徽電腦控 制器連接；晶閘管的kO控制端作為基準電壓與微電腦控制器連接；晶閘管的A2開關端與電
容連接，電容的另一端與電源的零線連接，晶閘管的Al開關端與斷路器連接，再與相線分別 連接形成通路，晶閘管的N端與電源的零線連接。補償單元的電容投切電路採用多級電容器 進行分相分組投切，把複合式電容器開關及與複合式電容器開關相聯的補償電容器共分為3 組，每n個複合式電容器開關和與複合式電容器開關相聯的補償電容器組成為l組，每l組 對其中l個相線可進行l至2的n次方級無功率補償，每l組中的n個電容器電容大小按8 4 2 l方式設置，每l組的各個電容器的關係是Cn=2*Cn-1……C4-2*C3=4*C2=8*C1。信息輸入/ 輸出單元一端聯繫在輸入/輸出設備的埠上，另一端與微電腦控制單元連接形成通路，信息 輸入/輸出單元主要是輸出顯示電網中的各種隨機參數。濾波單元包括以電抗器和電力濾波電 容器組成的無源濾波器以及相聯的投切電路，無源濾波器為針對於電網諧波次數的多級單調 諧濾波器和高通濾波器，其中的濾波器包括電抗器和電力濾波電容器。
本實用新型的有益效果是，在低壓變配電系統中使得智能分相補償和自動濾波控制成為 可能，其採用微電腦控制器後，大大簡化了無功補償和濾波電路，不但節約了空間，而且大大減少了電路中的電容器的數量，相應地散熱量也大大地減少，使採用該電路配電裝置在配 電區的就地補償成為可能，從而大大降低了無功補償設備、濾波設備和配電設備的成本。補 償單元和濾波單元的投切電路開關採用以晶閘管觸發電路與晶閘管開關組成的複合式開關使 補償單元和濾波單元實現微電腦控制變成可能，並使補償單元對各相線的無功功率得到更精 確、更細緻的補償，在電容器電壓與系統電壓相等的時刻投入電容器，完全消除了暫態過程, 使補償效果快速、準確、安全、易於控制。微處理器在電路中的應用，使得能實時監控整個 電路裝置成為可能，可通過後臺管理軟體實現自動或終端手動兩種方式設置的智能型分相無 功補償和。以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的電路原理示意圖。 圖2是本實用新型一個實施例電路圖。
圖3是圖2中補償單元的電容投切電路的工作原理圖及1組電容器中各個電容器的關係。
圖4是補償單元和濾波單元的投切電路開關工作原理圖。
圖5是濾波單元電路原理示意圖。
圖中A電壓釆樣單元，B電流採樣單元，C信息輸入/輸出單元，D補償單元，E微電腦控 制單元，F濾波單元。
具體實施方式

參考圖1所示，本實用新型主要由電壓採樣單元(A)、電流採樣單元(B)、微電腦控制 單元(E)、補償單元(D)、濾波單元(F)和信息輸入/輸出單元(C)組成。電壓採樣單元 (A)、電流採樣單元(B)其對整個電源的電流和電壓參數進行釆樣，並將採樣參數傳送到微 電腦控制單元(E),微電腦控制單元(E)再將處理結果傳遞到補償單元(D)對三相線路的 相線進行無功功率補償或處理結果傳遞到濾波單元(F)對三相線路的相線進行無源濾波。信 息輸入/輸出單元(C)顯示電網中的各種實時參數或接受對微電腦控制單元(E)控制的外界 指令。
參考圖l、圖2所示，微電腦控制單元(E)設置為實時功率分析控制器，其對整個智能 無功功率補償電路進行配變監測及對補償電容進行分配或對無源濾波器進行啟動或關閉。補 償單元(D)由投切電路和補償電容器組成，投切電路連接於實時功率分析控制器，當實時功 率分析控制器向投切電容發出投切信號，投切元件動作，接通或斷開補償電容器，實現補償 作用。本實用新型的具體作用過程是這樣的，當本實用新型的智能分相電容補償電路工作時， 電路中的電流分相採樣電路中的電流互感器1TA1、 2TA1、 3TA1和電壓分相採樣電路不停地對
電網中的電流和電壓進行檢測，電壓釆樣電路設置為三條與電源和實時功率分析控制器連接 的通路。所述的實時功率分析控制器的輸入管腳I、 3、 5、 7連接電流採樣電路，實時功率分 析控制器的輸入管腳2、 4、 6連接電壓釆樣電路，輸入管腳8接零線。然後經實時功率分析 控制器的分析比較，如果檢測出電源的三相負載的功率因數不符合要求時，實時功率分析控 制器將發出信號到補償單元的投切電路，驅動投切電路中的投切元件作用，切斷或接通補償 電容器，然後電流分相採樣電路和電壓分相採樣電路再採樣，直到檢測到整個電網的三相負 載的功率因數達到要求值或諧波畸變率因數達到要求值；如果檢測到電網中的電流或電壓超 過額定電流或電壓，實時功率分析控制器將自動進入自保狀態，並通過信息輸入/輸出同時發 出報警信號。濾波單元由投切電路將無源濾波器連接於實時功率分析控制器，控制器根據電 網的諧波畸變率投切相應的無源濾波器。
參考圖3所示，投切電路中每4個補償電容器及電容器投切開關電路組成1組補償電路， 每組對三相電的每個相線分別進行無功功率補償，4個補償電容器的關係是 C4=2*C3=4*C2=8*C1,使得每組補償電路對相線的補償級數達到16級，而成本相對低廉。
參考圖2、圖4所示，投切開關設置為晶閘管觸發電路與晶閘管開關SR組成的複合式開 關。複合式開關的晶閘管的kl觸發控制端與實時功率分析控制器連接，晶閘管的kO控制端 作為基準電壓與實時功率分析控制器的輸入正電位+12V連接，晶閘管的A2端與電容器或無 源濾波器連接，電容器或無源濾波器的另一端與電源的零線連接，晶閘管的A1端與斷路器連 接，再與相線分別連接，晶閘管的N端與電源的零線連接，晶閘管的A1、 A2由kl觸發端控 制切斷或接通。
參考圖5所示，濾波單元由投切電路和無源濾波器組成，無源濾波器由濾波電容器C和 電抗器L適當組合而成，與諧波源並聯起濾波作用及無功補償的作用。無源濾波器為針對於 電網諧波次數的設置為多級單調諧濾波器和高通濾波器，分別對電網各個相線進行多級濾波。
權利要求1、一種智能無功功率補償和電力諧波濾波電路，用於低壓變配電系統中能實時監控和智能無觸點投切的電容無功功率補償和智能無觸點投切的電力無源濾波，其特徵是微電腦控制單元分別連接著電壓採樣單元、電流採樣單元、補償單元、濾波單元及信息輸入/輸出單元，濾波單元、補償單元、電壓採樣單元、電流採樣單元的另一端連接在電力三相線路上，信息輸入/輸出單元另一端聯繫在輸入/輸出設備的埠上。
2、 根據權利要求l所述的智能無功功率補償和電力諧波濾波電路，其特徵是分3組獨 立的補償單元分別對各個相線進行補償，補償單元由若干組電容投切電路和補償電容器組成， 補償單元的電容投切電路開關採用以晶閘管觸發電路與晶閘管開關組成的複合式電容器開關； 複合式電容器開關的晶閘管的kl控制端與微電腦控制器連接，晶閒管的k0控制端作為基準電 壓與微電腦控制器連接，晶閘管的A2端與電容器連接，電容器的另一端與電源的零線連接， 晶閘管的A1端與斷路器連接，再與相線分別連接，晶閘管的N端與電源的零線連接。
3、 根據權利要求2所述的智能無功功率補償和電力諧波濾波電路，其特徵是補償單元 的電容投切電路採用多級電容器進行分相分組投切，每n個複合式電容器開關為1組，每l組 對其中l個相線進行l至2的n次方級無功功率補償，每i組中的n個電容器採用S 4 2 l方 式的多級電容器，每1組的各個電容器的關係是Cn=2*Cn-1……C4=2*C3=4*C2=8*C1。
4、 根據權利要求l所述的智能無功功率補償和電力諧波濾波電路，其特徵是分多個不 同濾波頻率段的無源濾波單元對三相線路進行濾波。
5、 根據權利要求4所述的智能無功功率補償和電力諧波濾波電路，其特徵是濾波單元 由濾波投切電路和無源濾波器組成，補償單元的電容投切電路開關採用以晶閘管觸發電路與晶 閘管開關組成的複合式無源濾波器開關；複合式無源濾波器開關的晶閘管的kl觸發控制端與 微電腦控制器連接，晶閘管的kO控制端作為基準電壓與微電腦控制器連接，晶閘管的A2端與 無源濾波器連接，無源濾波器的另一端與電源的零線連接，晶閘管的Al端與斷路器連接，再 與相線分別連接，晶閘管的N端與電源的零線連接；無源濾波器由濾波電容器和電抗器適當組 合而成的濾波裝置，與諧波源並聯。
6、 根據權利要求l所述的智能無功功率補償和電力諧波濾波電路，其特徵是所述的微 電腦控制單元設置為實時功率分析控制器，所述的分相採樣單元分為電流採樣電路和電壓採樣 電路，所述的分相電流採樣電路設置為三個分別與實時功率分析控制器和電源的三相連接的電 流互感器1TA1、 2TA1、 3TA1，電壓釆樣電路設置為三條與電源和實時功率分析控制器連接的通路。
專利摘要一種智能無功功率補償和諧波濾波電路。用於低壓變配電系統中能實時監控和智能無觸點投切的電容無功功率補償和智能無觸點投切的電力無源濾波，它由微電腦控制單元、電壓採樣單元、電流採樣單元、濾波單元、補償單元及信息輸入/輸出單元組成。採樣單元分別對三相電源的電壓和電流採樣，微電腦控制單元根據採樣單元的數據進行處理並決定是否啟動補償單元對電源進行無功功率補償或啟動濾波單元對電源進行濾波處理。補償單元的電容投切電路開關採用以晶閘管觸發電路與晶閘管開關組成的複合式電容器開關，補償單元的電容投切電路採用多級電容器進行分相分組投切。濾波單元的濾波投切電路開關採用以晶閘管觸發電路與晶閘管開關組成的複合式無源濾波開關。
文檔編號H02J3/01GK201238196SQ20072018817
公開日2009年5月13日 申請日期2007年11月7日 優先權日2007年11月7日
發明者郭金成 申請人:重慶海潤節能技術有限公司