CN101741088B - 无源滤波和无功功率补偿综合控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无源滤波和无功功率补偿综合控制方法，其首先判断闭锁条件，闭锁条件由谐波电流总畸变率、缺相，和电压越限组成，任一条件满足均闭锁投入出口，并转入保护流程；当无闭锁条件时进入控制策略选择流程，策略选择主要判断系统中潜在的最大次谐波是否超标，如未超标则按无功补偿策略投切，否则按滤波策略控制。本发明通过采用无功补偿和滤波的双重控制，使得电力系统能够最大功率的输出，提高生产效益，同时加入了闭锁保护功能，更进一步保证了系统安全可靠的运行。

Description

无源滤波和无功功率补偿综合控制方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统中对供电母线上产生的谐波进行治理和无功补偿的方法。
背景技术
无源滤波器因其原理简单、使用维护方便、相对有源滤波器具有极高性价比等优点，已成为目前电力系统中谐波治理所采用的主要滤波方式。无源滤波器利用LC谐振原理，可以构成多种滤波方式。以最简单的单调谐滤波为例，它由LC串联而成，调谐于电网中需要滤除的谐波频率。由于串联LC电路在调谐频率处的谐波阻抗最低，对电网中的该次谐波表现为一个低阻抗“陷阱”，从而吸收系统中的谐波。无源滤波还有二阶高通、双调谐、三调谐等滤波方式，无论哪种方式，其在基波的阻抗均呈现容性，可以对基波实现无功功率补偿，相当于无功补偿装置，因此无源滤波器多被称为滤波补偿综合成套装置。
无源滤波器由多组滤波支路组成，各支路调谐于同一频率或数个频率，每组具有固定的基波无功容量，可以同时实现滤波与补偿功能。国内无源滤波器使用的控制器大多为无功补偿控制器，根据无功补偿策略控制各支路投切。国外厂家的控制器在一定程度上适应了滤波器的需求，如加入了谐波总畸变率保护闭锁，投切次序调整为由低次(滤波支路调谐频率次数)向高次投入、由高次向低次方向切除，但投切判别仍按无功补偿控制策略。
按照上述补偿策略控制支路投切虽然能够实现对无功、甚或电压的调节，但不能顾及谐波是否达标，这主要是由于现有补偿控制器不能够满足谐波分析需求，而且随着日益发展的各种高端电子产品的出现，谐波所产生的问题日益严重，本申请正是基于上述问题而进行的研究开发。
发明内容
本发明目的就是为了克服上述不足而提供的一种通过对母线电压电流的分析控制无源滤波器选择地进行补偿或滤波的方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种无源滤波和无功功率补偿综合控制方法，其用于控制无源滤波器各支路的投切以对与无源滤波器所接入母线进行滤波和无功补偿，该方法包括如下步骤：
(a)、参数设置步骤：包括设定最大谐波电流总畸变整定值、最小电流整定值、过电压整定值、低电压整定值、特征次谐波电流整定限值、功率因数整定下限、功率因数整定上限、无功功率过补容限值、各支路基波无功容量、投入延时、切除延时、投切系数M，M＝0～1；
(b)、闭锁条件判断步骤：采集母线中的三相电流和三相电压，计算任何一相的谐波电流总畸变值，并将各相谐波电流总畸变率与预设最大谐波畸变率整定值、各相电流与预设的最小电流整定值、各相电压与设定的过电压整定值和低电压整定值分别进行比较，上述比较结果中，若任一相存在谐波总畸变超标、或缺相、或低电压或过电压中的一种时，进入步骤(c)；否则进入步骤(d)；
(c)、保护步骤：对上述谐波总畸变超标、缺相、低电压或过电压继续判断，若发生的是谐波总畸变超标、缺相或低电压其中之一时，输出控制信号至相应输出端口切除全部已投入工作的各无源滤波器支路；若发生过电压时，输出控制信号至相应输出端口依序逐组切除已投入工作的各无源滤波器支路，直至电压回落；
(d)、策略选择步骤：对步骤(b)中采集的三相电流和三相电压进行特征次谐波电流分析，若特征次谐波电流在设定时间内持续大于预设的特征次谐波电流整定限值，则判断为谐波超标，进入步骤(e)；否则进入步骤(f)；
(e)、滤波控制步骤：对步骤(b)中采集的三相电流和三相电压进行系统无功需量计算，当无功需量大于0时，输出控制信号至输出端口逐组控制各无源滤波器支路投入工作，直至特征次谐波电流滤除至低于特征次谐波电流整定限值，或者无功功率超过整定的过补容限值；
(f)：补偿控制步骤：当任一相功率因数低于预设的功率因数整定下限，且系统无功需量大于投切门限与预投入的第p支路基波无功整定容量之积时，并持续超过整定的投入延时，输出控制信号将无源滤波器的第p支路投入工作；当系统无功需量为负值，或者系统无功需量相对功率因数整定上限过补超过上次投入的第p-1支路容量与1减投切门限之积时，以切除延时为间隔依次逐支路切除，直至切除条件解除。
由于上述技术方案的运用，本发明有以下技术优点：本发明通过采用无功补偿和滤波的双重控制，使得电力系统能够最大功率的输出，提高生产效益，同时加入了闭锁保护功能，更进一步保证了系统安全可靠的运行。
附图说明
附图1为本发明控制方法主体实现流程图；
附图2为本发明闭锁条件逻辑图；
附图3为本发明保护条件逻辑图；
附图4为本发明策略选择逻辑图；
附图5为本发明补偿策略逻辑图；
附图6为本发明滤波策略逻辑图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的最佳实施方式作一介绍：
图1为本发明无源滤波和无功功率补偿综合控制方法的主体流程图，该控制方法主要通过DSP实现，在工作之前，需要对各系统的参数进行设定，包括设定最大谐波电流总畸变整定值THDi-max、最小电流整定值Imin、过电压整定值Umax、低电压整定值Umin、特征次谐波电流整定限值Ih-set、功率因数整定下限COSΦ1、功率因数整定上限COSΦ2、无功功率过补容限值Qg、各支路基波无功容量Cp、投入延时t1、切除延时t2、投切系数M，M＝0～1；
待设定好上述参数后，首先判断闭锁条件，闭锁条件由谐波电流总畸变率、缺相、电压越限组成，任一条件满足均闭锁投入出口，并转入保护流程，根据闭锁性质选择是全部切除还是逐组切除；
当上述闭锁条件不满足时，进入控制策略选择步骤，策略选择主要判断系统中潜在的最大次谐波是否超标，如未超标则选择无功补偿策略，否则选择滤波策略控制，并根据不同的控制策略判断触发各无源滤波器支路的投切。
在本发明中，补偿策略与单纯无功补偿控制略有差别，考虑到无源滤波器支路容量较大，设置了投切门限参数，为防止投切振荡允许系统存在可容忍的过补偿。滤波策略不再依据功率因数，令各支路以投入延时为间隔逐组依次投入，直至被设定的特征次谐波滤除至允许值，或者系统过补偿容量超越了整定范围。
由于容性负荷会提升系统电压，当系统电压超过整定上限，则逐组依次切除已投入各支路，直至电压回落。当系统谐波电流总畸变率增大并超过整定限值，或缺相，或低电压时，则判断为系统问题或滤波器故障，切除全部支路。
下面对各步骤分析判断进行详细介绍：
图2所示的是闭锁条件的逻辑判断图，当采集到的三相电流Ia、Ib、Ic以及三相电压Ua、Ub、Uc中任何一相的谐波电流总畸变率THDi超过整定最大限值THDi-max，或电压越限——包括过电压GDY和低电压DDY，或缺相QX时，均触发闭锁继电器BSJ，闭锁无源滤波器的各支路再投入，并转入保护流程。需要说明的是，缺相判据为任一相低于整定最小电流Imin，这也包括低负荷时三相同时低电流，此时同样闭锁输出。
图3所示的为保护控制逻辑判断图，当发生闭锁的是谐波总畸变率超标THD，或缺相QX，或低电压DDY中的一种时，触发保护出口继电器动作BH，切除所有支路。谐波总畸变率保护是为了避免滤波支路由于LC元件故障导致调谐频率严重偏移时，与系统阻抗发生不可预测的谐振，引起某次谐波严重放大危害系统安全运行，谐波放大即表现为THDi的突增。
当检测到过电压时，触发跳闸继电器TJ，按照投切顺序逐组切除无源滤波器的各支路，直至电压回落至正常范围。其中，输出的保护动作BHDZ信号可用于报警等。
图4所示的为策略选择逻辑判断图，无闭锁条件BSJ＝0时，进入策略选择程序。根据谐波源性质，选择一个特征次谐波作为策略选择判据，如以6脉动整流设备或变频器为主的工况中，5次谐波含量最大，则以5次为特征次谐波；而12脉动整流器的11次谐波最大，则应选取11次。根据《GB14549-1993电能质量公共电网谐波》中相关公式和系统参数计算出特征次谐波电流允许值，整定给谐波限值Ih-set。当任一相特征次谐波电流越限，并持续在60s以上，则触发进入滤波控制程序，否则按无功补偿程序进行投切控制。另外也可通过手动选择滤波策略。滤波策略具有自锁功能，防止滤波达标后又转入补偿策略，复归(FK)可重新执行策略选择。
图5所示的为补偿控制逻辑判断图，由于滤波器各支路每组基波无功容量不尽相同，且要比单纯无功补偿每组容量大很多，因此滤波器的补偿策略也略有不同。
为防止投切振荡，特引入投切门限系数M，整定范围0～1。当系统无功需量Qc大于M与预定投入组的基波无功容量Cp之积时，且任一相功率因数cosΦ(滞后)低于整定值cosΦ1，经投入延时t1后，触发合闸继电器HJ，投入第p组支路。
当系统无功需量Qc为负值，或者Qc相对功率因数整定上限cosΦ2过补超过(1-M)*Cp-1时，经切除延时t2后依次逐组切除，直至切除条件解除。Cp-1为前次投入组的基波无功容量。
图6所示的为滤波控制逻辑判断图，当特征次谐波越限(XB＝1)，且未出现过补偿(Qc＜0)，即将无源滤波器各支路逐组投入，直至谐波滤除至允许范围以下(XB＝0)，或者无功功率超过预设整定的过补容限值Qg。
本发明无源滤波和无功功率补偿综合控制方法，最大可设置16路输出，无源滤波器各支路按照滤波次数由低向高依次接于各输出口。执行控制器需设定输入各支路基波无功容量Cp，对于未接入各支路其基波无功容量Cp按默认设置为0kvar。
综上，通过本发明方法通过对谐波是否达标进行分析判断从而实现是对无源滤波器进行无功补偿还是滤波的双重选择，从而有效抑制谐波对系统的影响，增加系统有功功率的输出，同时其还具有保护闭锁的监测功能，保证了系统的安全可靠运行。

Claims (6)

1.一种无源滤波和无功功率补偿综合控制方法，其用于控制无源滤波器各支路的投切以对无源滤波器所接入母线进行滤波和无功补偿，该方法包括如下步骤：
(a)、参数设置步骤：包括设定最大谐波电流总畸变整定值(THDi-max)、最小电流整定值(Imin)、过电压整定值(Umax)、低电压整定值(Umin)、特征次谐波电流整定限值(1h-set)、功率因数整定下限(COSΦ1)、功率因数整定上限(COSΦ2)、无功功率过补容限值(Qg)、各支路基波无功容量(Cp)、投入延时(t1)、切除延时(t2)、投切系数M，M＝0～1；
(b)、闭锁条件判断步骤：采集母线中的三相电流(Ia、Ib、Ic)和三相电压(Ua、Ub、Uc)，计算任何一相的谐波电流总畸变值(THDi)，并将各相谐波电流总畸变值(THDi)与预设最大谐波电流总畸变整定值(THDi-max)、各相电流(Ia、Ib、Ic)与预设的最小电流整定值(Imin)、各相电压(Ua、Ub、Uc)与设定的过电压整定值(Umax)和低电压整定值(Umin)分别进行比较，上述比较结果中，若任一相存在谐波总畸变超标(THD)、缺相(QX)、低电压(DDY)和过电压(GDY)中的一种时，进入步骤(c)；否则进入步骤(d)；
(c)、保护步骤：对上述谐波总畸变超标(THD)、缺相(QX)、低电压(DDY)和过电压(GDY)继续判断，若发生的是谐波总畸变超标(THD)、缺相(QX)或低电压(DDY)时，输出控制信号至相应输出端口切除全部已投入工作的各无源滤波器支路；若发生过电压(GDY)时，输出控制信号至相应输出端口依序逐组切除已投入工作的各无源滤波器支路，直至电压回落；
(d)、策略选择步骤：对步骤(b)中采集的三相电流和三相电压进行特征次谐波电流(1h-chr)分析，若特征次谐波电流(1h-chr)在设定时间内持续大于预设的特征次谐波电流整定限值(1h-set)，则判断为谐波超标(XB)，进入步骤(e)；否则进入步骤(f)；
(e)、滤波控制步骤：对步骤(b)中采集的三相电流和三相电压进行系统无功需量(Qc)计算，当无功需量(Qc)大于0时，输出控制信号至输出端口逐组控制各无源滤波器支路投入工作，直至特征次谐波电流(1h-chr)滤除至低于特征次谐波电流整定限值(1h-set)，或者无功功率(Qc)超过整定的无功功率过补容限值(Qg)；
(f)：补偿控制步骤：当任一相功率因数(COSΦ(滞后))低于预设的功率因数整定下限(COSΦ1)，且系统无功需量(Qc)大于投切系数(M)与预投入的第p支路基波无功容量(Cp)之积时，并持续超过整定的投入延时(t1)，输出控制信号将无源滤波器的第p支路投入工作；当系统无功需量(Qc)为负值，或者系统无功需量(Qc)相对功率因数整定上限(cosΦ2)过补超过上次投入的第p-1支路基波无功容量(Cp-1)与1减投切系数(M)之积时，以切除延时(t2)为间隔依次逐支路切除，直至切除条件解除。
2.根据权利要求1所述的无源滤波和无功功率补偿综合控制方法，其特征在于：步骤(b)中，缺相(QX)的判断还包括母线低负荷时三相同时为低电流情况。
3.根据权利要求1所述的无源滤波和无功功率补偿综合控制方法，其特征在于：步骤(c)中，还包括报警提示。
4.根据权利要求1所述的无源滤波和无功功率补偿综合控制方法，其特征在于：步骤(d)中，滤波控制或补偿控制的选择也能够通过手动方式进行。
5.根据权利要求1所述的无源滤波和无功功率补偿综合控制方法，其特征在于：步骤(e)中，滤波控制策略选择后还有手动复归功能。
6.根据权利要求1所述的无源滤波和无功功率补偿综合控制方法，其特征在于：步骤(d)中，设定时间为60秒。
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