複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法

2023-11-03 17:40:02 1

複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法
【專利摘要】本發明提供的複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法，是由複合電力負載系統、濾波系統和智能檢測與控制系統構成的複合電力負載動態諧波濾波系統，可以實現動態諧波濾波功能。本發明應用在供電系統中對電力負載進行諧波濾波，隨著電力系統的運行，當複合電力負載產生的諧波量發生變化或者諧波濾波器中的電容器組容抗發生改變時，智能控制器控制濾波系統中的電容器容量和可變電抗器的電感量，首先投切電容器組吸收電網諧波，再進行調諧。
【專利說明】複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力複合負載諧波濾波領域，特別是一種複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著國民經濟的快速發展，各行業領域使用的非線性負載及裝置的數量越來越大、用途越來越廣、同時非線性負載及裝置產生的諧波對電網的危害性也在增大。應用於工業與商業以及民用照明領域中的非線性負載及裝置是產生諧波的主要來源。動態治理諧波對於改善電能質量和節能會起到事半功倍的效果。因此，對電力系統中諧波電流的產生、傳播、控制與治理等研究正在引起學術界、產業界以及政府部門的高度重視。
[0003]提供一種兼顧無源電力濾波和有源電力濾波特點的「電力複合負載動態諧波濾波技術及裝置」是本申請者長期以來追尋的目標。
[0004]在研究中發現，工業現場複合電力負載產生的諧波具有不同的特性，複合電力負載動態諧波濾波器的動態調諧旨在以下兩方面的應用:當複合電力負載產生的諧波發生變化時，能進行自動調節電容器容量，保持濾波效果不變；當電容器組容抗發生變化時，能夠自動調節可變電抗器的電感量，維持諧振點不變。實現可變電抗器感抗的連續調節以及動態諧波濾波的協調控制策略是本發明要解決的關鍵問題，而協調控制策略執行的前提是電力複合負載動態諧波器結構創新。為此，本發明以無源動態諧波濾波器為基礎，根據複合電力負載產生的諧波特性，研究基於可變電抗器的電力複合負載動態諧波濾波技術。
[0005]本發明預期研究成果的目標是提出電力複合負載動態諧波濾波技術，形成具有自主智慧財產權的電力複合負載動態諧波濾波技術，利用此技術研製電力複合負載動態諧波濾波器替代進口諧波濾波裝置，為電力複合負載動態諧波濾波技術及裝置的產業化奠定理論技術基礎。
[0006]中國專利文獻「一種可變電抗器(200610019026.6)」主要涉及一種阻抗值可以無級改變的電抗器，主要有一次繞組和二次繞組構成，通過對二次繞組側施加控制，就可以無極地調節一次繞組上的阻抗值，為實現智能化控制創造了條件；但是在諧波濾波方面，單一調節可變電抗器是不能實現動態濾波的，要通過電感與電容的協調控制實現濾波功能。中國專利文獻「動態調諧濾波器(200910063641.0)」主要涉及一種動態濾波裝置，該裝置的應用可以動態調節可變電抗器的電感量，濾除單一頻次的電網諧波；但是在傳統諧波濾波器的使用中，電容器容量會發生變化，容抗也相應改變，而該裝置無法實現動態調節電容器組吸收電網諧波並自動調諧功能。因此，針對該問題，申請者提出了一種複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法，針對電容器容抗改變和電網諧波量的變化情況，能夠通過智能控制器首先投切合適的電容器組吸收電網的諧波，並進一步調節可變電抗器進行動態調諧。

【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是:針對複合電力負載產生的諧波量的變化以及電容器組容抗的改變情況，研究尋求最優的動態諧波濾波智能控制方法，在諧波頻率下，搜索跟蹤諧波源，控制濾波系統中的電容器容量和可變電抗器的電感量，首先投切電容器組，再進行調諧。
[0008]本發明解決其技術問題採用以下的技術方案:
[0009]本發明提供的複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法，其依據複合電力負載產生的諧波特性，採用可變電抗器的複合電力負載動態諧波濾波技術，實現對複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制，具體是:在電網實際運行中，當複合電力負載產生的諧波量發生變化時，智能控制器動態調節可調節電容器組的容量，吸收電網諧波，使得複合電力負載動態諧波濾波器時刻都能保持諧振而達到良好的濾波效果；當可調節電容器組的容抗發生變化時，智能控制器使可變電抗器在功率變換電路的作用下動態調節電感量，實現複合電力負載動態諧波濾波器的動態調諧。
[0010]本發明提供的上述複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法，其可以採用以下步驟的方法:
[0011]I)接通電源，智能電能檢測模塊以及智能控制器接入電源後得電，智能控制器開始工作；
[0012]2)通過智能控制器將接觸器KMl閉合，此時電網的複合電力負載投入運行；可變電抗器的一次側繞組與可調節電容器組串聯後接入進線端，由可調節電容器組與可變電抗器組成的諧波濾波系統投入運行；
[0013]3)從複合電力負載啟動運行開始，智能控制器通過分析電路產生的諧波信號，控制接觸器KMll?KMln的閉或開，從而將最佳電容接入電網；同時輸出另外的脈衝信號，控制功率變換電路的晶閘管的通斷角，調節可變電抗器的一次側繞組的最佳電感值，在諧波頻率f下，構成一低阻抗迴路以吸收諧波；
[0014]4)當複合電力負載正常運行後，諧波濾波系統繼續進行電網諧波濾波，實時檢測電網的諧波源，當負載變化時，通過智能控制器分析電路的功率因數和諧波信號，根據最佳電容值投切可調節電容器組；同時動態調節可變電抗器的電感，保持諧振頻率點不變，使濾波效果得到保證；
[0015]經過上述步驟實現複合電力負載的正常運行和諧波治理。
[0016]上述方法中，隨著電網系統的運行，當可調節電容器組容抗發生改變時，首先投切可調節電容器組，再進行調諧可變電抗器的電感，以改善發生漂移的諧振點。
[0017]所述的投切可調節電容器組是指:智能控制器通過計算得出最佳的電容器容量，控制接觸器開關來投切可調節電容器組，得到投入的電容值，以提供濾波容量。
[0018]上述方法中，在投入可調節電容器組的電容值的基礎上，智能控制器根據LC無源濾波的原理，計算出最佳的電感值，並控制輸出調節信號，調節可變電抗器電抗值L的大
小，在諧波頻率f下，構成一低阻抗值為的迴路，以實現對複合電力負載動態諧
波的有效濾除。
[0019]本發明提供的複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法，其在含有複合電力負載的供電系統或電力負載中的應用。
[0020]本發明提供的複合電力負載動態諧波濾波的控制方法，以無源動態諧波濾波器為基礎，提出感抗與容抗可變的動態諧波濾波器拓撲結構優化技術。依據複合電力負載產生的諧波特性，採用可變電抗器的電力複合負載動態諧波濾波技術，對供電系統或電力負載進行動態諧波濾波。因此，本發明與現有的濾波技術相比較，具有以下優點:
[0021](I)在諧波頻率下，動態搜索跟蹤諧波源，對供電系統或電力負載進行諧波濾波，通過智能控制器控制濾波系統中的電容器容量和可變電抗器的電感量，保持電網的諧振狀態，吸收電網諧波，而實現複合電力負載動態諧波濾波。
[0022](2)針對電容器組容抗變化引起的系統失諧情況，智能控制器通過動態調節可變電抗器的電感，保持諧振頻率點不變，使濾波效果能得到保證。
[0023](3)針對複合電力負載產生的諧波量變化的情況，智能控制模塊通過計算得出最佳的電容器容量，控制接觸器開關來投切電容器組，得到投入的電容值，以提供合適的濾波容量，使動態諧波濾波器在濾波支路中諧波吸收電流達到最大值。再進一步控制可變電抗器的電感值，進行調諧。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發明採用的一種用於複合電力負載的動態諧波濾波器的結構示意圖。
[0025]圖2是本發明採用的一種用於複合電力負載的動態諧波濾波器的電路原理圖。
[0026]圖中:1.高壓隔離開關；2.高壓斷路器；3.電壓電流互感器；4.智能電能檢測模塊；5.複合電力負載；6.可變電抗器；7.功率變換電路；8.智能控制器；9.可調節電容器組。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但並不局限於下面所述內容。
[0028]本發明提供的電力複合負載動態諧波濾波的協調控制方法，具體是:在電網實際運行中，當複合電力負載產生的諧波量發生變化時，能夠動態調節可調節電容器組9的容量，吸收電網諧波，使得濾波器時刻都能保持諧振而達到良好的濾波效果；當可調節電容器組9的容抗發生變化時，可變電抗器6在功率變換電路7的作用下動態調節電感量，實現動態調諧。
[0029]本發明提供的上述電力複合負載動態諧波濾波的協調控制方法，具體是採用包括以下步驟的方法:
[0030]1.手動合閘QS (高壓隔離開關1)、QF (高壓斷路器2)，電路中的智能電能檢測模塊4以及智能控制器8接入電源後得電，智能控制器8開始工作；
[0031]2.通過智能控制器8將接觸器KMl閉合，此時電網的複合電力負載5投入運行；可變電抗器6的一次側繞組與可調節電容器組9串聯後接入進線端，通過運行開關KM2控制濾波系統投入運行；
[0032]3.從複合電力負載5啟動運行開始，智能控制器8通過分析電路產生的諧波信號，控制接觸器KMlI?KMln的閉或開，從而將最佳電容接入電網；同時輸出另外的脈衝信號，控制功率變換電路7的晶閘管的通斷角，調節可變電抗器6的一次側繞組的最佳電感值，在諧波頻率f下，構成一低阻抗迴路以吸收諧波；
[0033]4.當電力負載正常運行後，諧波濾波系統繼續進行電網諧波濾波，實時檢測電網的諧波源，當負載變化時，通過智能控制器8分析電路的功率因數和諧波信號，根據設定值投切電容器組；同時動態調節可變電抗器6的電感，保持諧振頻率點不變，使濾波效果得到保證。
[0034]經過上述步驟實現複合電力負載的正常運行和諧波治理。
[0035]本發明提供的複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法，其創新點在於:本方法是一種集無源電力濾波和有源電力濾波特點的「複合電力負載動態諧波濾波技術」的技術。國內有無源電力濾波和有源電力濾波等技術及裝置，但本發明所提供的電力複合負載動態諧波濾波的協調控制方法在國內相關文獻中尚未發現相同或類似報導。本發明方法綜合了無源電力濾波和有源電力濾波技術的優點，針對負載變化情況，用最優的動態諧波濾波智能控制方式，針對負載變化(感性負載的突變、容性負載的突變、感性負載突變到容性負載和容性負載突變為感性負載)情況，跟蹤諧波源,實時檢測並確定電網主要諧波成分，通過智能控制算法實時計算濾波器的最佳的電容值和電感值，依靠智能控制器自動調節動態諧波濾波器參數、分段投切電容器組，對供電系統進行動態諧波濾波。
[0036]本發明提供的電力複合負載動態諧波濾波的協調控制方法，可以由一種用於複合電力負載的動態諧波濾波器實現，該電力複合負載動態諧波濾波器的結構如圖1和圖2所示，由智能檢測與控制系統、複合電力負載系統和濾波系統構成，它們的輸入端經過高壓隔離開關1、高壓斷路器2和電壓電流互感器3與電網直接相連，複合電力負載系統和濾波系統輸出端接地，複合電力負載5由啟動開關KMl控制啟動，濾波系統由運行開關KM2控制運行。
[0037]所述的智能檢測與控制系統的結構如圖2所示，是由智能電能檢測模塊4與智能控制器8組成，其中:智能電能檢測模塊4的一端與電壓電流互感器3相連，智能電能檢測模塊4的另一端通過傳輸信號線與智能控制器8的一個埠相連，智能控制器8的輸出端通過傳輸線控制功率變換電路7的工作狀態。
[0038]所述的複合電力`負載系統的結構如圖2所示，是由含非線性電力負載及裝置的複雜負載系統構成，它的一端通過啟動開關KMl與電網相接，它的另一端接地。
[0039]所述的濾波系統的結構如圖2所示，是由可變電抗器6與可調節電容器組9串聯組成，其中:可變電抗器6的原邊直接由運行開關KM2接入電網，控制運行；可變電抗器6的副邊接功率變換電路7。可調節電容器組9是由一系列電容器組C和相對應的η個接觸器，η個快速熔斷器組成。快速熔斷器FU1、快速熔斷器FU2…快速熔斷器FUn的一端分別與高壓接觸器KMl、高壓接觸器ΚΜ2…高壓接觸器KMn的一端相接，高壓接觸器KMl、高壓接觸器ΚΜ2…高壓接觸器KMn的另一端分別與電容器組Cl、電容器組C2…電容器組Cn的一端相接。電容器組Cl、電容器組C2…電容器組Cn的另一端接地。
[0040]上述的智能檢測與控制系統、複合電力負載系統以及濾波系統之間的協調工作是由智能控制器8 (工業可編程控制器，如S7-200PLC)來實現的。電壓電流互感器3採集到的三相電壓電流信號輸入到智能控制器8中，智能控制器8通過分析、處理後，將輸出模擬量控制功率變換電路7的晶閘管的觸發角，進而改變可變電抗器6的電感量。
【權利要求】
1.複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法，其特徵是依據複合電力負載(5)產生的諧波特性，採用可變電抗器(6)的複合電力負載動態諧波濾波技術，實現對複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制，具體是:在電網實際運行中，當複合電力負載(5)產生的諧波量發生變化時，智能控制器(8)動態調節可調節電容器組(9)的容量，吸收電網諧波，使得複合電力負載動態諧波濾波器時刻都能保持諧振而達到良好的濾波效果；當可調節電容器組(9)的容抗發生變化時，智能控制器(8)使可變電抗器(6)在功率變換電路(7)的作用下動態調節電感量，實現複合電力負載動態諧波濾波器的動態調諧。
2.根據權利要求1所述的複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法，其特徵是採用以下步驟的方法: 1)接通電源，智能電能檢測模塊(4)以及智能控制器(8)接入電源後得電，智能控制器(8)開始工作； 2)通過智能控制器(8)將接觸器KMl閉合，此時電網的複合電力負載(5)投入運行；可變電抗器(6)的一次側繞組與可調節電容器組(9)串聯後接入進線端，由可調節電容器組(9)與可變電抗器(6)組成的諧波濾波系統投入運行； 3)從複合電力負載(5)啟動運行開始，智能控制器(8)通過分析電路產生的諧波信號，控制接觸器KMll?KMln的閉或開，從而將最佳電容接入電網；同時輸出另外的脈衝信號，控制功率變換電路(7)的晶閘管的通斷角，調節可變電抗器(6)的一次側繞組的最佳電感值，在諧波頻率f下，構成一低阻抗迴路以吸收諧波； 4)當複合電力負載(5)正常運行後，諧波濾波系統繼續進行電網諧波濾波，實時檢測電網的諧波源，當負載變化時，通過智能控制器(8)分析電路的功率因數和諧波信號，根據最佳電容值投切可調節電容器組(9);同時動態調節可變電抗器(6)的電感，保持諧振頻率點不變，使濾波效果得到保證； 經過上述步驟實現複合電力負載的正常運行和諧波治理。
3.根據權利要求2所述的複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法，其特徵在於隨著電網系統的運行，當可調節電容器組(9)容抗發生改變時，首先投切可調節電容器組(9)，再進行調諧可變電抗器(6)的電感，以改善發生漂移的諧振點。
4.根據權利要求2所述的複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法，其特徵在於所述的投切可調節電容器組(9)是指:智能控制器(8)通過計算得出最佳的電容器容量，控制接觸器開關來投切可調節電容器組(9)，得到投入的電容值，以提供濾波容量。
5.根據權利要求4所述的複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法，其特徵是在投入可調節電容器組(9)的電容值的基礎上，智能控制器(8)根據LC無源濾波的原理，計算出最佳的電感值，並控制輸出調節信號，調節可變電抗器(6)電抗值L的大小，在諧波頻率f下，構成一低阻抗值為l/2;rVZ萬的迴路，以實現對複合電力負載(5)動態諧波的有效濾除。
6.權利要求1至5中任一權利要求所述複合電力負載動態諧波濾波器的協調控制方法的用途，其特徵是在含有複合電力負載的供電系統或電力負載中的應用。
【文檔編號】H02J3/01GK103825276SQ201410093647
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】陳靜, 梁彥令, 宋樹宏, 袁佑新, 肖純, 王一飛, 宋興宇, 鄧世傑 申請人:武漢理工大學