CN103560514B - 一种无功补偿与谐波治理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无功补偿与谐波治理系统，包括：无功补偿与谐波治理装置，其包括：电压电流互感器，分别连接在电网上，用于将电网电压转换为标准二次电压和二次电流以供仪表控制装置使用；二阶滤波回路，包括并联连接的无感电阻和滤波电抗器，其串联在电流互感器的输出端上；若干电容滤波支路，包括若干滤波电容器组，滤波电容器组一端通过各自对应的断路器与所述二阶滤波回路连接，另一端与电网中性点连接；以及检测控制装置，其可根据采集的电网参数值来实时控制切投述对应的断路器的接通和断开从而控制投入的滤波电容器组的数量。本系统占地面积小，滤波截止频率不随负载变化而变化，有效消除各次谐波。

Description

一种无功补偿与谐波治理系统

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种电力系统中的无功补偿谐波治理系统。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，各种电力电子装置在电力系统、电气化铁道、煤矿、有色等领域得到了广泛的应用，使电网谐波污染越来越严重。同时，这些设备还会产生大量无功，使电网功率因数偏低。电网中的谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，降低电气设备的使用寿命，干扰通讯等；电网中的无功会提高设备容量，增加线路损耗，增大线路的电压降。因此，为了保证电网的供电质量，保障电力系统的安全、经济运行，必须进行无功补偿和谐波治理。

目前，无功补偿与谐波治理主要采用以下两种方式：

一是根据谐波次数及大小，设置多组不同滤波频率的补偿支路，该方式下滤波补偿支路投入时必须按照滤波频率由低次到高次的顺序进行，切除时则按相反顺序进行，或者采取所有支路同时投入同时切除的方式。如图1所示的无功补偿装置包括电抗器组L1－L3、电容器组C1－C3和开关组S1－S3。

在系统负载较小时，所有支路同时投入会造成过补偿，而只投入部分支路又不能有效滤除所有谐波，同时该方式滤波频率固定，存在谐波放大隐患，且设备占地面积大投资均比较大。

二是采用二阶高通方式，如图2所示，在滤波回路与电网之间设置一组固定频率的滤波补偿支路，其由电抗器和电阻器并联构成。该电路可以根据谐波情况，选取相应的滤波截止频率，对截止频率以上的谐波均形成低阻抗，可以滤除负载产生的各次谐波。但是，该方式下滤波电抗器的感抗值是固定的，只适合在满负载情况下运行。当负载较小时，却无法分组投切电容器，会存在投入过补偿的问题。

因此，需要提供一种新型的无功补偿与谐波治理的解决方案，以克服现有方案不能根据负载变化自动调整滤波参数而导致运行存在局限性的缺点。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种新的无功补偿与谐波治理系统，其包括以下部分：

电压电流互感器，分别连接在电网上，用于将电网电压转换为标准二次电压和二次电流以供仪表控制装置使用；

二阶滤波回路，包括并联连接的无感电阻和滤波电抗器，所述回路串联在所述电流互感器的输出端上；

若干电容滤波支路，包括若干滤波电容器组，所述滤波电容器组一端通过各自对应的断路器与所述二阶滤波回路连接，另一端与电网中性点连接；

检测控制单元，其可根据采集的电网参数值来实时控制切投所述对应的断路器的接通和断开从而控制投入的滤波电容器组的数量。

根据本发明的一个实施例，所述二阶滤波回路中还包括与所述无感电阻并联的过压阻尼单元，其用于抑制所述断路器接通合闸产生的涌流和断开分闸产生的过电压。

根据本发明的一个实施例，所述装置还包括连接在电网的中性点上的中性点不平衡电流互感器，用于检测中性点电流，在检测到中性点电流异常时，发出信号进行指示，以及

微机保护单元，其用于接收指示中性点电流异常的信号，并根据该信号向所述断路器发出跳闸指令，从而隔离故障部分。

根据本发明的一个实施例，所述装置还包括多个避雷装置，其连接在所述断路器一侧与地之间，用于释放雷电或系统操作时产生的高电压能量。

根据本发明的一个实施例，所述无感电阻为可调电阻。

根据本发明的一个实施例，所述滤波电抗器采用可变电抗器。

根据本发明的一个实施例，所述滤波电抗器为干式空芯电抗器。

根据本发明的一个实施例，所述检测装置可根据负载的变化，在实时控制所述断路器的接通和断开从而控制投入的滤波电容器组的数量期间，还同步调整所述无感电阻和所述滤波电抗器的参数，以与投入的滤波电容器组支路匹配，从而保持设定的滤波截止频率。

根据本发明的一个实施例，所述装置还包括与所述各个断路器串联连接的隔离开关，其用于在分闸后建立可靠的绝缘间隙，以将设备与电源之间可靠隔开。

本发明带来了以下有益效果：由于根据实时监控的母线电压、电流及功率因数情况来控制投入电容滤波回路的数量，并采用二阶滤波的方式有效地消除电网非线性负载产生的有害谐波，同时，电感滤波回路上的电抗器和电阻器的参数均可调，因此在负载变化的情况下，同步调节这些参数可保持设定的滤波截止频率。此外，电抗器采用干式空芯电抗器使得本发明的装置体积小，重量轻，节约了成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1和图2分别显示了现有技术中无功补偿和谐波治理装置的具体结构图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的系统的原理图；

图4详细显示了根据本发明的一个实施例的无功补偿与谐波治理装置的内部电路结构图。

具体实施方式

以下将结合附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明各实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

如图3所示，其显示了一种无功补偿与谐波治理系统的原理框图。其中，无功补偿与谐波治理装置10并联在电网上，该电网的系统母线电压可以为6KV、10KV、35KV等。电网上运行非线性负载，它可产生有害的各次谐波。检测控制装置11实时检测系统的电压、电流以及功率因数，根据设定的目标功率来控制无功补偿与谐波治理装置10的运行。微机保护装置12与无功补偿与谐波治理装置10通信连接，以接收电压电流保护信号，根据该信号的指示来切断无功补偿与谐波治理装置10中故障部分与电源的连接。

如图4所示，其详细显示了无功补偿与谐波治理装置10的具体电路图。

在图中，无功补偿与谐波治理装置10包括进线电流互感器5、电压互感器3、二阶滤波回路、若干电容滤波支路。进线电流互感器5和电压互感器3分别连接在电网上，它们主要用于将电网电压转换为标准二次电压和二次电流以供仪表控制装置使用。其中，电压互感器3用于把系统高电压按比例关系变换成100V的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用，同时将高电压与电气工作人员隔离。而电流互感器5用于把系统总进线的高压侧电流转换为1A或5A的标准二次电流，供保护、计量、仪表装置使用。

二阶滤波回路包括并联连接的无感电阻7和滤波电抗器6。该回路串联在电流互感器的输出端上以滤除电网谐波。若干电容滤波支路包括若干用于提供容性无功功率的滤波电容器组，其一端通过各自对应的断路器2.2、2.3、2.4与二阶滤波回路连接，另一端与电网中性点连接。

如图4所示，检测控制装置11可根据采集的电网参数值来实时控制切投对应的断路器的接通和断开从而控制投入的滤波电容器组的数量。

在一个实施例中，二阶滤波回路中还包括与过压阻尼单元8，其与无感电阻7并联，其用于抑制断路器2.1、2.2、2.3、2.4接通合闸产生的涌流和断开分闸产生的过电压。其中，无感电阻7可以为参数可调的可变电阻器，滤波电抗器6可以为参数可调的电抗器。在一个实施例中，该电抗器优选为干式空芯电抗器。采用干式空芯电抗器的好处是减小了设备的占地面积，节约了成本。

采用本发明的结构的二阶滤波回路可以根据负载的变化，在实时控制断路器的接通和断开从而控制投入的滤波电容器组的数量期间，还同步调整无感电阻和滤波电抗器的参数，以与投入的滤波电容器组支路匹配，从而保持设定的滤波截止频率。因此，本发明的系统可输出与负载适应的功率。

无功补偿与谐波治理装置10还包括连接在电网的中性点上的中性点不平衡电流互感器10.1，10.2，10.3和与无功补偿与谐波治理装置连接的微机保护装置12。电流互感器10.1，10.2，10.3用于检测中性点电流，在检测到中性点电流异常时，向微机保护装置12发出信号进行指示。而微机保护装置12用于接收无功补偿与谐波治理装置中检测到的指示中性点电流异常的信号，并根据该信号向断路器发出跳闸指令，从而隔离故障部分。

如图4所示，无功补偿与谐波治理装置10还包括多个避雷单元4.1、4.2、4.3、4.4，它们分别连接在各个断路器的一侧与地之间，用于释放雷电或系统操作时产生的高电压能量。用于承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件（例如短路）下的电流，分闸后建立可靠的绝缘间隙，将设备或线路与电源用一个明显断开点隔开，以保证人员和设备的安全。

如图所示的断路器2.1、2.2、2.3、2.4在正常运行时接通或断开电路，故障情况在继电保护装置的作用下迅速断开电路。

无功补偿与谐波治理装置10还包括与各个断路器串联连接的隔离开关，其用于在分闸后建立可靠的绝缘间隙，以将系统与电源之间可靠隔开。

检测控制装置11实时检测系统的电压、电流及功率因数，根据设定的目标功率因数实时控制投入的电容器支路，同时控制调整滤波电抗器及无感电阻的参数，保持滤波截止频率不变；微机保护装置12接收电压与电流保护信号，当信号异常时，向断路器发出跳闸指令，将故障部分从系统切除。

系统在正常状态下，接入断路器闭合，检测控制装置11根据检测到的系统母线电压、电流及功率因数，控制投入的电容器支路。当负载变化时，检测控制装置11根据检测到的系统数据实时控制断路器2.2、2.3、2.4中任意一台或几台断路器投入，与此同时同步调整滤波电抗器和无感电阻参数，与投入的电容支路参数匹配，保持设定的滤波截止频率，解决了传统二阶高通滤波方式不能根据负载大小调整容量的技术问题。当系统或装置本体发生故障时，微机保护装置12根据故障类型向2.1～2.4断路器发出相应的跳闸命令，断路器接到跳闸指令后动作，将故障部分从系统切除，避免故障进一步扩大。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种无功补偿与谐波治理系统，其特征在于，包括：

无功补偿与谐波治理装置，其包括：

电压电流互感器，分别连接在电网上，用于将电网电压转换为标准二次电压和二次电流以供仪表控制装置使用；

二阶滤波回路，包括并联连接的无感电阻和滤波电抗器，所述回路串联在所述电流互感器的输出端上；

若干电容滤波支路，包括若干滤波电容器组，所述滤波电容器组一端通过各自对应的断路器与所述二阶滤波回路连接，另一端与电网中性点连接；以及

检测控制装置，其可根据采集的电网参数值来实时控制切投所述对应的断路器的接通和断开从而控制投入的滤波电容器组的数量；

其中，所述无功补偿与谐波治理装置还包括连接在电网的中性点上的中性点不平衡电流互感器，用于检测中性点电流，在检测到中性点电流异常时，发出信号进行指示，以及

所述系统还包括与无功补偿与谐波治理装置连接的微机保护装置，其用于接收无功补偿与谐波治理装置中检测到的指示中性点电流异常的信号，并根据该信号向所述断路器发出跳闸指令，从而隔离故障部分。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二阶滤波回路中还包括与所述无感电阻并联的过压阻尼单元，其用于抑制所述断路器接通合闸产生的涌流和断开分闸产生的过电压。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无功补偿与谐波治理装置还包括多个避雷单元，其连接在所述断路器一侧与地之间，用于释放雷电或系统操作时产生的高电压能量。

4.如权利要求1－3中任一项所述的系统，其特征在于，所述无感电阻为可调电阻。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述滤波电抗器采用可变电抗器。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述检测控制装置可根据负载的变化，在实时控制所述断路器的接通和断开从而控制投入的滤波电容器组的数量期间，还同步调整所述无感电阻和所述滤波电抗器的参数，以与投入的滤波电容器组支路匹配，从而保持设定的滤波截止频率。

7.如权利要求1－3中任一项所述的系统，其特征在于，所述无功补偿与谐波治理装置还包括与所述各个断路器串联连接的隔离开关，其用于在分闸后建立可靠的绝缘间隙，以将所述系统与电源之间可靠隔开。

8.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述滤波电抗器采用干式空芯电抗器。