CN104184150A - 无源滤波电能补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源滤波电能补偿装置，包括电压电流信号取样及无源滤波电路，电压电流信号取样及无源滤波电路连接有无源滤波驱动电路和功率因数角整形电路，功率因数角整形电路依次串联有功率因数角信号放大电路、信号分压电路、信号比较器电路和信号输出驱动及指示电路，信号输出驱动及指示电路连接至无源滤波驱动电路连接，电压电流信号取样及无源滤波电路还连接有系统直流稳压电路，系统直流稳压电路分别连接至功率因数角整形电路、信号比较器电路和信号输出驱动及指示电路；本装置并联在含有谐波的电网上，对基波频率补偿无功功率，对谐波呈低阻抗，从而滤除各次滤波电流，节电率在10%～30%，功率因数可提高到0.92～1之间。

Description

无源滤波电能补偿装置

技术领域

本发明涉及一种电力技术领域，尤其涉及一种能够进行滤波电能补偿的装置。

背景技术

在电力生产传输及用电方面，功率因数是一个非常重要的考核指标。因此，供电部门都会将感性无功电量计算纳入电费内，并将监察电能质量以及所造成的损耗也纳入收费项目。另外，由于经济的飞速发展使得电力供应日趋紧张，为解决这一供需矛盾，一方面要建设许多新的电厂和输电线路，另一方面要高效利用现有的电力资源，减少电力损耗。而谐波却是导致电力损耗增加，供电质量下降的重要因素。

谐波的含义是：在电力系统中存在大量非线性负载，即使电源都以工频50HZ供电，当工频电压或电流作用于非线性负载时，就会产生不同于工频的其他频率的正弦电压或电流，这些不同于工频频率的正弦电压或电流，用富氏级数展开，就是人们所称的电力谐波。换句话说，所谓电力系统的谐波是频率为50HZ整数倍的、不同幅值、不同初相角的正弦波的总称。通常将50HZ称为市电基波，而高于50HZ的波，如100HZ为二次谐波、150HZ为三次谐波、200HZ为四次谐波等统称为谐波或称为高次谐波。

近年来，随着电力电子技术的飞速发展，大功率晶闸管的广泛应用，非线性负载使用日益增加，特别是电子技术、节能技术和控制技术的进步，在化工、冶金、钢铁、煤矿和交通等部门大量使用各种整流设备、电子变频设备、高频开关电源设备、交直流换流设备和电子电压调整设备，电熔炼设备、电化学设备、矿井起重设备、露天采掘设备、电气机车等与日俱增，同时种类繁多的照明器具、娱乐设施和家用电器等普及使用，使得电力系统网络波形发生严重畸变，谐波含量增加，对电网形成了污染，导致电力系统的电能质量严重变差，从而出现了事故频发、滤波电容器与元器件发热、仪表失灵、变压器损坏、能耗剧增等一系列不良现象，给供电部门造成了额外的运作成本和一定的经济损失，某些谐波污染严重的工矿企业，无功滤波电容投切不上，造成功率因数偏低，电能浪费严重，无功电费(罚款)增大，严重影响了生产成本。为此，国内外工厂和电业专家在这方面作了很多研究，并通过对众多行业的公司、工厂的用电情况、谐波含量进行测试调查，经过认真探索论证，确认高次谐波是造成电网污染能耗加大的重要原因之一。

电力谐波对电力网及用户的危害是十分严重的，它是一种电力污染，一种人们看不见、嗅不到、摸不着的污染，往往不被人们所注意。而电网中谐波的存在却给电网、电器、用电设备带来的危害，某些场合却是致命的，所以无论是管电部门，还是用电部门都应把消除谐波作为重头工作抓，杜绝谐波的危害。

过去人们普遍认为功率因数低、电路中有杂波，只要安装补偿滤波电容器就能解决问题。但实际的情况是由于谐波的存在，单纯安装补偿滤波电容器后不能达到节能降耗，这是由于容抗与频率成反比，在同样的谐波电压下，流过滤波电容器的电流很大，容易发热而损坏，能耗反而增加。一般3次谐波电流能放大60～95％，5次能放大1.5～3倍，7次能放大1.5～3倍，11次能放大6倍，13次放大10倍左右，所以人们在实践中只能探讨新的办法,新的办法就是使用滤波装置。由此，一种利用电力滤波技术，用于谐波抑制、补偿电能无功的电力电子滤波节电装置——无源滤波电能补偿装置应运而生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既能够抑制谐波改善整个网络的电能质量、延长用户设备使用寿命、提高产品质量、降低电磁污染，又能够补偿电能的无功功率、减少能耗、提高电能利用率的无源滤波电能补偿装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：无源滤波电能补偿装置，包括连接在低压配电网与用电负载之间的电压电流信号取样及无源滤波电路，所述电压电流信号取样及无源滤波电路连接有无源滤波驱动电路和功率因数角整形电路，所述功率因数角整形电路连接有功率因数角信号放大电路，所述功率因数角信号放大电路连接有信号分压电路，所述信号分压电路连接有信号比较器电路，所述信号比较器电路连接有信号输出驱动及指示电路，所述信号输出驱动及指示电路连接至所述无源滤波驱动电路连接，所述信号输出驱动及指示电路还连接有系统直流稳压电路，所述系统直流稳压电路还分别连接至所述功率因数角整形电路、所述功率因数角信号放大电路和所述信号比较器电路。

作为优选的技术方案，所述低压配电网为设有相线U、相线V、相线W和中性线N三相四线制低压电网。

作为优选的技术方案，所述电压电流信号取样及无源滤波电路包括连接在所述相线V相上的信号电压取样端子Uv和电流互感器TA，所述电流互感器TA设有接线端子L1和接线端子L2；所述相线U、所述相线V和所述相线W上依次并联设真空交流接触器KM1的常开联动触点、真空交流接触器KM2的常开联动触点、真空交流接触器KM3的常开联动触点、真空交流接触器KM4的常开联动触点和真空交流接触器KM5的常开联动触点，与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM1常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L1、电阻R1和滤波电容C1，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM1常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L2、电阻R2和滤波电容C2，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM1常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L3、电阻R3和滤波电容C3；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM2常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L4、电阻R4和滤波电容C4，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM2常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L5、电阻R5和滤波电容C5，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM2常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L6、电阻R6和滤波电容C6；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM3常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L7、电阻R7和滤波电容C7，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM3常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L8、电阻R8和滤波电容C8，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM3常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L9、电阻R9和滤波电容C9；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM4常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L10、电阻R10和滤波电容C10，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM4常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L11、电阻R11和滤波电容C11，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM4常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L12、电阻R12和滤波电容C12；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM5常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L13、电阻R13和滤波电容C13，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM5常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L14、电阻R14和滤波电容C14，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM5常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L15、电阻R15和滤波电容C15，所述滤波电容C1～C15的另一端分别与所述中性线N相连。

作为优选的技术方案，所述无源滤波驱动电路包括并联在所述相线W相上的中间继电器KA1的动合触头、中间继电器KA2的动合触头、中间继电器KA3的动合触头、中间继电器KA4的动合触头和中间继电器KA5的动合触头，所述中间继电器KA1的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM1的线圈，所述真空交流接触器KM1线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA2的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM2的线圈，所述真空交流接触器KM2线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA3的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM3的线圈，所述真空交流接触器KM3线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA4的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM4的线圈，所述真空交流接触器KM4线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA5的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM5的线圈，所述真空交流接触器KM5线圈的另一端与所述中性线N相连。

作为优选的技术方案，所述功率因数角整形电路包括电连接在所述接线端子L1和所述接线端子L2上的电磁放大变压器TC，所述电磁放大变压器TC输出端的一端电连接至二极管VD1的正极,所述二极管VD1的负极并联有电阻R16、电阻R17和数字集成电路IC1的1#、2#脚，所述电阻R16的另一端和所述数字集成电路IC1的11#脚分别与+12V电源相连接，所述数字集成电路IC1的3#脚上并联有电阻R18和所述数字集成电路IC1的8#脚，所述电阻R17另一端和所述R18的另一端与公共N端连接,所述电磁放大变压器TC输出端的另一端也与公共N端相连；还包括与所述信号电压取样端子Uv电连接的二极管VD2,所述二极管VD2的负极并联有电阻R19、电阻R20和所述数字集成电路IC1的5#、6#脚，所述电阻R19的另一端与所述+12V电源相连接，所述数字集成电路IC1的4#脚电连接有电阻R21和IC1的所述数字集成电路9#脚，所述电阻R20的另一端、所述R21的另一端和所述数字集成电路IC1的7#脚分别与公共N端相连,所述数字集成电路IC1的10#脚电连接电阻R22的一端，所述电阻R22的另一端并联有电阻R23和电容C16，所述电阻R23的另一端并联有电容C17和所述功率因数角信号放大电路，所述电容C16的负极和所述电容C17的另一端分别与公共N端相连接。

作为优选的技术方案，所述功率因数角信号放大电路包括与所述电阻R23输出端连接的电阻R24，所述电阻R24的另一端与集成运算放大电路IC2中的放大器A1的3#脚相连接，所述放大器A1的2#脚并联有电阻R25和R26电阻，所述电阻25的另一端与公共N端相连，所述电阻R26的另一端电连接至所述放大器A1的1#脚，所述放大器A1的1#脚输出端连接有电阻R27，所述电阻R27的另一端并联有电容C18和可调电阻RP1，所述可调电阻RP1的另一端、所述电容C18的负极分别与公共N端相连接，所述可调电阻RP1的滑动触头与所述信号分压电路相连。

作为优选的技术方案，所述信号分压电路包括与所述可调电阻RP1的滑动触头依次串联的电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31和电阻R32，所述电阻R32的另一端与公共N端相连。

作为优选的技术方案，所述信号比较器电路包括分别与所述可调电阻RP1的滑动触点和所述电阻R28连接的电阻R33，所述电阻R33的输出端分别与电阻R35和所述集成运算放大电路IC2中的放大器A2的5#脚相连接，所述电阻R35的另一端连接至所述放大器A2的7#脚，所述放大器A2的7#脚还连接有电阻R36，所述放大器A2的6#脚电连接有电阻R34，所述电阻34的输出端连接有电阻R37，所述电阻R37的输出端与所述+12V电源相连，所述放大器A2的4#脚连接至所述+12V电源,所述放大器A2的11#脚与公共N端连接；

所述电阻R28与所述电阻R29之间连接有电阻R39，所述电阻R39的输出端分别与电阻R41和集成运算放大电路IC3中的放大器A3的3#脚相连接，所述电阻R34的另一端连接至所述放大器A3的1#脚，所述放大器A3的1#脚还连接有电阻R42，所述放大器A3的2#脚电连接有电阻R40；

所述电阻R29与所述电阻R30之间连接有电阻R44，所述电阻R44的输出端分别与电阻R46和所述集成运算放大电路IC3中的放大器A4的5#脚相连接，所述电阻R46的另一端连接至所述放大器A4的7#脚，所述放大器A4的7#脚还连接有电阻R47，所述放大器A4的6#脚电连接有电阻R45；

所述电阻R30与所述电阻R31之间连接有电阻R49，所述电阻R49的输出端分别与电阻R51和所述集成运算放大电路IC3中的放大器A5的10#脚相连接，所述电阻R51的另一端连接至所述放大器A5的8#脚，所述放大器A5的8#脚还连接有电阻R52，所述放大器A5的9#脚电连接有电阻R50；

所述电阻R31与所述电阻R32之间连接有电阻R54，所述电阻R54的输出端分别与电阻R56和所述集成运算放大电路IC3中的放大器A6的12#脚相连接，所述电阻R56的另一端连接至所述放大器A6的14#脚，所述放大器A6的14#脚还连接有电阻R57，所述放大器A6的13#脚电连接有电阻R55；

所述电阻R34的输出端、电阻R40的输出端、电阻R45的输出端、电阻R50的输出端和电阻R55的输出端分别与公共N端相连；所述电阻R36的输出端、所述电阻R42的输出端、所述电阻R47的输出端、所述电阻R52的输出端和所述电阻R57的输出端分别与所述信号输出驱动及指示电路相连。

作为优选的技术方案，所述信号输出驱动及指示电路包括基极与所述电阻R36的输出端电连接的三极管VT1，所述三极管VT1的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT1的集电极并联有中间继电器KA1线圈、二极管VD3和电阻R38，所述电阻R38的另一端串联有发光二极管LED1，所述发光二极管LED1的正极、所述二极管VD3的负极和所述中间继电器KA1线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；

基极与所述电阻R32的输出端电连接的三极管VT2，所述三极管VT2的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT2的集电极并联有中间继电器KA2线圈、二极管VD4和电阻R43，所述电阻R43的另一端串联有发光二极管LED2，所述发光二极管LED2的正极、所述二极管VD4的负极和所述中间继电器KA2线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；

基极与所述电阻R47的输出端电连接的三极管VT3，所述三极管VT3的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT3的集电极并联有中间继电器KA3线圈、二极管VD5和电阻R48，所述电阻R48的另一端串联有发光二极管LED3，所述发光二极管LED3的正极、所述二极管VD5的负极和所述中间继电器KA3线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；

基极与所述电阻R52的输出端电连接的三极管VT4，所述三极管VT4的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT4的集电极并联有中间继电器KA4线圈、二极管VD6和电阻R53，所述电阻R53的另一端串联有发光二极管LED4，所述发光二极管LED4的正极、所述二极管VD6的负极和所述中间继电器KA4线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；

基极与所述电阻R57的输出端电连接的三极管VT5，所述三极管VT5的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT5的集电极并联有中间继电器KA5线圈、二极管VD7和电阻R58，所述电阻R58的另一端串联有发光二极管LED5，所述发光二极管LED5的正极、所述二极管VD7的负极和所述中间继电器KA5线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源。

作为对上述技术方案的改进，所述系统直流稳压电路包括降压变压器TB，所述降压变压器TB的两输入端分别电连接所述信号电压取样端子Uv和所述中性线N，所述降压变压器TB的输出端连接有由VD8～VD11组成的整流桥，所述整流桥的正极输出端电连接有滤波电容C19、滤波电容C20和集成稳压电路IC5的1#脚，所述集成稳压电路IC5的3#脚为所述+12V电源的输出端，所述集成稳压电路IC5的3#脚还连接有滤波电容C21和滤波电容C22，所述整流桥的负极输出端、所述滤波电容C19的负极、所述滤波电容C20的负极、所述滤波电容C21的负极、所述滤波电容C22的负极和所述稳压集成电路IC5的2#脚分别与公共N端相连。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过对低压供电线路上的电压电流信号取样，再经过对功率因数角整形、信号放大等处理，变换出瞬时无功功率并与设定的无功功率投切门限值进行比较，控制真空交流接触器KM1～KM5的通断，实现滤波电抗与抗谐波电容构成的带通串联谐波吸收回路投入或切出。把储存的电容能量，以相位相反(180度相移)，幅值相等的谐波电流注入供电系统中，抵消谐波源设备产生的谐波电流，从而改善电网电压的正弦波形，使电网的谐波含量控制在规定值之内。由于无源滤波电能补偿装置的滤波电路并联在含有谐波的电网上，滤波回路由滤波电容、空心滤波电抗和缓冲电阻串联组成，电路参数是根据需要补偿的功率因数、谐波成分和含量而精确设计的，使该装置对基波频率补偿无功功率，对谐波呈低阻抗，从而滤除各次滤波电流；同时解决了电流谐波与无功补偿问题，提高了输电、用电效率，节省了电能，节电率在10％～30％，功率因数可提高到0.92～1之间。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的结构框图；

图2是本发明实施例的电路原理图；

图中：1-电压电流信号取样及无源滤波电路；2-无源滤波驱动电路；3-功率因数角整形电路；4-功率因数角信号放大电路；5-信号分压电路；6-信号比较器电路；7-信号输出驱动及指示电路；8-系统直流稳压电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，无源滤波电能补偿装置，包括连接在低压配电网与用电负载之间的电压电流信号取样及无源滤波电路1，所述电压电流信号取样及无源滤波电路1连接有无源滤波驱动电路2和功率因数角整形电路3，所述功率因数角整形电路3连接有功率因数角信号放大电路4，所述功率因数角信号放大电路4连接有信号分压电路5，所述信号分压电路5连接有信号比较器电路6，所述信号比较器电路6连接有信号输出驱动及指示电路7，所述信号输出驱动及指示电路7连接至所述无源滤波驱动电路2连接，所述信号输出驱动及指示电路7还连接有系统直流稳压电路8，所述系统直流稳压电路8还分别连接至所述功率因数角整形电路3、所述功率因数角信号放大电路4和所述信号比较器电路6。本实施例中的所述低压配电网为设有相线U、相线V、相线W和中性线N三相四线制低压电网。

如图2所示，所述电压电流信号取样及无源滤波电路1包括连接在所述相线V相上的信号电压取样端子Uv和电流互感器TA，所述电流互感器TA设有接线端子L1和接线端子L2；所述相线U、所述相线V和所述相线W上依次并联设真空交流接触器KM1的常开联动触点、真空交流接触器KM2的常开联动触点、真空交流接触器KM3的常开联动触点、真空交流接触器KM4的常开联动触点和真空交流接触器KM5的常开联动触点，与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM1常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L1、电阻R1和滤波电容C1，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM1常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L2、电阻R2和滤波电容C2，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM1常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L3、电阻R3和滤波电容C3；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM2常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L4、电阻R4和滤波电容C4，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM2常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L5、电阻R5和滤波电容C5，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM2常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L6、电阻R6和滤波电容C6；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM3常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L7、电阻R7和滤波电容C7，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM3常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L8、电阻R8和滤波电容C8，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM3常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L9、电阻R9和滤波电容C9；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM4常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L10、电阻R10和滤波电容C10，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM4常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L11、电阻R11和滤波电容C11，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM4常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L12、电阻R12和滤波电容C12；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM5常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L13、电阻R13和滤波电容C13，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM5常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L14、电阻R14和滤波电容C14，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM5常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L15、电阻R15和滤波电容C15，所述滤波电容C1～C15的另一端分别与所述中性线N相连。

其中所述无源滤波驱动电路2包括并联在所述相线W相上的中间继电器KA1的动合触头、中间继电器KA2的动合触头、中间继电器KA3的动合触头、中间继电器KA4的动合触头和中间继电器KA5的动合触头，所述中间继电器KA1的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM1的线圈，所述真空交流接触器KM1线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA2的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM2的线圈，所述真空交流接触器KM2线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA3的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM3的线圈，所述真空交流接触器KM3线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA4的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM4的线圈，所述真空交流接触器KM4线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA5的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM5的线圈，所述真空交流接触器KM5线圈的另一端与所述中性线N相连。

本实施例的所述功率因数角整形电路3包括电连接在所述接线端子L1和所述接线端子L2上的电磁放大变压器TC，所述电磁放大变压器TC输出端的一端电连接至二极管VD1的正极,所述二极管VD1的负极并联有电阻R16、电阻R17和数字集成电路IC1的1#、2#脚，所述电阻R16的另一端和所述数字集成电路IC1的11#脚分别与+12V电源相连接，所述数字集成电路IC1的3#脚上并联有电阻R18和所述数字集成电路IC1的8#脚，所述电阻R17另一端和所述R18的另一端与公共N端连接,所述电磁放大变压器TC输出端的另一端也与公共N端相连；还包括与所述信号电压取样端子Uv电连接的二极管VD2,所述二极管VD2的负极并联有电阻R19、电阻R20和所述数字集成电路IC1的5#、6#脚，所述电阻R19的另一端与所述+12V电源相连接，所述数字集成电路IC1的4#脚电连接有电阻R21和IC1的所述数字集成电路9#脚，所述电阻R20的另一端、所述R21的另一端和所述数字集成电路IC1的7#脚分别与公共N端相连,所述数字集成电路IC1的10#脚电连接电阻R22的一端，所述电阻R22的另一端并联有电阻R23和电容C16，所述电阻R23的另一端并联有电容C17和所述功率因数角信号放大电路4，所述电容C16的负极和所述电容C17的另一端分别与公共N端相连接。

所述功率因数角信号放大电路4包括与所述电阻R23输出端连接的电阻R24，所述电阻R24的另一端与集成运算放大电路IC2中的放大器A1的3#脚相连接，所述放大器A1的2#脚并联有电阻R25和R26电阻，所述电阻25的另一端与公共N端相连，所述电阻R26的另一端电连接至所述放大器A1的1#脚，所述放大器A1的1#脚输出端连接有电阻R27，所述电阻R27的另一端并联有电容C18和可调电阻RP1，所述可调电阻RP1的另一端、所述电容C18的负极分别与公共N端相连接，所述可调电阻RP1的滑动触头与所述信号分压电路5相连。

所述信号分压电路5包括与所述可调电阻RP1的滑动触头依次串联的电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31和电阻R32，所述电阻R32的另一端与公共N端相连。

所述信号比较器电路6包括分别与所述可调电阻RP1的滑动触点和所述电阻R28连接的电阻R33，所述电阻R33的输出端分别与电阻R35和所述集成运算放大电路IC2中的放大器A2的5#脚相连接，所述电阻R35的另一端连接至所述放大器A2的7#脚，所述放大器A2的7#脚还连接有电阻R36，所述放大器A2的6#脚电连接有电阻R34，所述电阻34的输出端连接有电阻R37，所述电阻R37的输出端与所述+12V电源相连，所述放大器A2的4#脚连接至所述+12V电源,所述放大器A2的11#脚与公共N端连接；所述电阻R28与所述电阻R29之间连接有电阻R39，所述电阻R39的输出端分别与电阻R41和集成运算放大电路IC3中的放大器A3的3#脚相连接，所述电阻R34的另一端连接至所述放大器A3的1#脚，所述放大器A3的1#脚还连接有电阻R42，所述放大器A3的2#脚电连接有电阻R40；所述电阻R29与所述电阻R30之间连接有电阻R44，所述电阻R44的输出端分别与电阻R46和所述集成运算放大电路IC3中的放大器A4的5#脚相连接，所述电阻R46的另一端连接至所述放大器A4的7#脚，所述放大器A4的7#脚还连接有电阻R47，所述放大器A4的6#脚电连接有电阻R45；所述电阻R30与所述电阻R31之间连接有电阻R49，所述电阻R49的输出端分别与电阻R51和所述集成运算放大电路IC3中的放大器A5的10#脚相连接，所述电阻R51的另一端连接至所述放大器A5的8#脚，所述放大器A5的8#脚还连接有电阻R52，所述放大器A5的9#脚电连接有电阻R50；所述电阻R31与所述电阻R32之间连接有电阻R54，所述电阻R54的输出端分别与电阻R56和所述集成运算放大电路IC3中的放大器A6的12#脚相连接，所述电阻R56的另一端连接至所述放大器A6的14#脚，所述放大器A6的14#脚还连接有电阻R57，所述放大器A6的13#脚电连接有电阻R55；所述电阻R34的输出端、电阻R40的输出端、电阻R45的输出端、电阻R50的输出端和电阻R55的输出端分别与公共N端相连；所述电阻R36的输出端、所述电阻R42的输出端、所述电阻R47的输出端、所述电阻R52的输出端和所述电阻R57的输出端分别与所述信号输出驱动及指示电路7相连。

所述信号输出驱动及指示电路7包括基极与所述电阻R36的输出端电连接的三极管VT1，所述三极管VT1的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT1的集电极并联有中间继电器KA1线圈、二极管VD3和电阻R38，所述电阻R38的另一端串联有发光二极管LED1，所述发光二极管LED1的正极、所述二极管VD3的负极和所述中间继电器KA1线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；基极与所述电阻R32的输出端电连接的三极管VT2，所述三极管VT2的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT2的集电极并联有中间继电器KA2线圈、二极管VD4和电阻R43，所述电阻R43的另一端串联有发光二极管LED2，所述发光二极管LED2的正极、所述二极管VD4的负极和所述中间继电器KA2线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；基极与所述电阻R47的输出端电连接的三极管VT3，所述三极管VT3的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT3的集电极并联有中间继电器KA3线圈、二极管VD5和电阻R48，所述电阻R48的另一端串联有发光二极管LED3，所述发光二极管LED3的正极、所述二极管VD5的负极和所述中间继电器KA3线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；基极与所述电阻R52的输出端电连接的三极管VT4，所述三极管VT4的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT4的集电极并联有中间继电器KA4线圈、二极管VD6和电阻R53，所述电阻R53的另一端串联有发光二极管LED4，所述发光二极管LED4的正极、所述二极管VD6的负极和所述中间继电器KA4线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；基极与所述电阻R57的输出端电连接的三极管VT5，所述三极管VT5的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT5的集电极并联有中间继电器KA5线圈、二极管VD7和电阻R58，所述电阻R58的另一端串联有发光二极管LED5，所述发光二极管LED5的正极、所述二极管VD7的负极和所述中间继电器KA5线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源。

本实施例的所述系统直流稳压电路8包括降压变压器TB，所述降压变压器TB的两输入端分别电连接所述信号电压取样端子Uv和所述中性线N，所述降压变压器TB的输出端连接有由VD8～VD11组成的整流桥，所述整流桥的正极输出端电连接有滤波电容C19、滤波电容C20和集成稳压电路IC5的1#脚，所述集成稳压电路IC5的3#脚为所述+12V电源的输出端，所述集成稳压电路IC5的3#脚还连接有滤波电容C21和滤波电容C22，所述整流桥的负极输出端、所述滤波电容C19的负极、所述滤波电容C20的负极、所述滤波电容C21的负极、所述滤波电容C22的负极和所述稳压集成电路IC5的2#脚分别与公共N端相连。

本实施例的工作原理如下所述：

通过信号电压取样端子Uv获取低压供电线路上的电压取样信号，通过电流互感器TA的接线端子L1和接线端子L2获取电流取样信号，经过由数字集成电路IC2及其外围电路组成的逻辑门电路对两种取样信号的逻辑处理并合成，在数字集成电路IC2的10#脚端输出功率因数的相位角波形，再经过由电阻R22、电阻R23、电容C16和电容C17组成积分滤波网络，将信号传送给放大器A1进行信号放大等处理，变换成瞬时无功功率值，该值通过信号分压电路5和由A2～A6以及外围电路组成的信号比较器电路6，与设定的无功功率投切门限值进行比较，再由中间继电器KA1～KA5及其外围电路组成的信号输出驱动及指示电路7的驱动下，控制真空交流接触器KM1～KM5的通断，从而实现由电感L1～L15、电容C1～C15组成的五条谐波吸收回路投入或切出，把储存的电容能量，以相位相反(180度相移)，幅值相等的谐波电流注入供电系统中，抵消谐波源设备产生的谐波电流，从而改善电网电压的正弦波形，使电网的谐波含量控制在规定值之内。图2的电路原理图中仅仅给出了五条LC谐波抑制回路，在实际的应用中也可以扩充到十路或更多，其原理是相同的。该装置中还设置了一些必要的工作状态信号指示，当那一路滤波电路开通时，相对应的LED1～LED5指示灯就会被点亮。

另外，由于本装置的滤波电路并联在含有谐波的电网上，滤波回路由滤波电容和电抗串联组成，电路参数是根据需要补偿的功率因数、谐波成分和含量而精确设计的，使该滤波装置对基波频率补偿无功功率，对谐波呈低阻抗，从而滤除各次滤波电流。同时解决了电流谐波与无功补偿问题，提高了输电、用电效率，节省了电能，节电率在10％～30％，功率因数可提高到0.92～1之间。

在本实施例中，主要元器件选用：数字集成电路IC1可选择CD4011，数字集成电路IC2和数字集成电路IC3可选择LM324，集成稳压块IC5可选择LM7812，三极管VT1～VT5可以选择9013，中间继电器KA1～KA5可选用12V/5A的继电器，三相交流接触器KM1～KM5选用380V/40A的真空交流接触器。这些器件都可从市场上购买，型号规格可参考上面给出的数据自行选择。

本发明中的滤波电容器和电抗器、缓冲电阻组成的滤波电路，将这些部件接在配电室或分配电室的谐波源负荷母线上，吸收谐波源产生的谐波电流，抑制其流入和其他供电网络上，而减少谐波的危害和影响。该装置既能起到滤去谐波达到净化电网的作用，同时也由于滤波电容器的存在(容抗的存在)起到了电能无功补偿的作用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.无源滤波电能补偿装置，其特征在于：包括连接在低压配电网与用电负载之间的电压电流信号取样及无源滤波电路，所述电压电流信号取样及无源滤波电路连接有无源滤波驱动电路和功率因数角整形电路，所述功率因数角整形电路连接有功率因数角信号放大电路，所述功率因数角信号放大电路连接有信号分压电路，所述信号分压电路连接有信号比较器电路，所述信号比较器电路连接有信号输出驱动及指示电路，所述信号输出驱动及指示电路连接至所述无源滤波驱动电路连接，所述信号输出驱动及指示电路还连接有系统直流稳压电路，所述系统直流稳压电路还分别连接至所述功率因数角整形电路、所述功率因数角信号放大电路和所述信号比较器电路。

2.如权利要求1所述的无源滤波电能补偿装置，其特征在于：所述低压配电网为设有相线U、相线V、相线W和中性线N的三相四线制低压电网。

3.如权利要求2所述的无源滤波电能补偿装置，其特征在于：所述电压电流信号取样及无源滤波电路包括连接在所述相线V相上的信号电压取样端子Uv和电流互感器TA，所述电流互感器TA设有接线端子L1和接线端子L2；所述相线U、所述相线V和所述相线W上依次并联设真空交流接触器KM1的常开联动触点、真空交流接触器KM2的常开联动触点、真空交流接触器KM3的常开联动触点、真空交流接触器KM4的常开联动触点和真空交流接触器KM5的常开联动触点，与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM1常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L1、电阻R1和滤波电容C1，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM1常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L2、电阻R2和滤波电容C2，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM1常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L3、电阻R3和滤波电容C3；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM2常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L4、电阻R4和滤波电容C4，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM2常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L5、电阻R5和滤波电容C5，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM2常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L6、电阻R6和滤波电容C6；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM3常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L7、电阻R7和滤波电容C7，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM3常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L8、电阻R8和滤波电容C8，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM3常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L9、电阻R9和滤波电容C9；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM4常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L10、电阻R10和滤波电容C10，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM4常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L11、电阻R11和滤波电容C11，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM4常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L12、电阻R12和滤波电容C12；与所述相线U相连接的所述真空交流接触器KM5常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L13、电阻R13和滤波电容C13，与所述相线V相连接的所述真空交流接触器KM5常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L14、电阻R14和滤波电容C14，与所述相线W相连接的所述真空交流接触器KM5常开联动触点输出端的线路上依次串联有电感L15、电阻R15和滤波电容C15，所述滤波电容C1～C15的另一端分别与所述中性线N相连。

4.如权利要求3所述的无源滤波电能补偿装置，其特征在于：所述无源滤波驱动电路包括并联在所述相线W相上的中间继电器KA1的动合触头、中间继电器KA2的动合触头、中间继电器KA3的动合触头、中间继电器KA4的动合触头和中间继电器KA5的动合触头，所述中间继电器KA1的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM1的线圈，所述真空交流接触器KM1线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA2的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM2的线圈，所述真空交流接触器KM2线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA3的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM3的线圈，所述真空交流接触器KM3线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA4的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM4的线圈，所述真空交流接触器KM4线圈的另一端与所述中性线N相连，所述中间继电器KA5的动合触头的另一端连接有所述真空交流接触器KM5的线圈，所述真空交流接触器KM5线圈的另一端与所述中性线N相连。

5.如权利要求3所述的无源滤波电能补偿装置，其特征在于：所述功率因数角整形电路包括电连接在所述接线端子L1和所述接线端子L2上的电磁放大变压器TC，所述电磁放大变压器TC输出端的一端电连接至二极管VD1的正极,所述二极管VD1的负极并联有电阻R16、电阻R17和数字集成电路IC1的1#、2#脚，所述电阻R16的另一端和所述数字集成电路IC1的11#脚分别与+12V电源相连接，所述数字集成电路IC1的3#脚上并联有电阻R18和所述数字集成电路IC1的8#脚，所述电阻R17另一端和所述R18的另一端与公共N端连接,所述电磁放大变压器TC输出端的另一端也与公共N端相连；还包括与所述信号电压取样端子Uv电连接的二极管VD2,所述二极管VD2的负极并联有电阻R19、电阻R20和所述数字集成电路IC1的5#、6#脚，所述电阻R19的另一端与所述+12V电源相连接，所述数字集成电路IC1的4#脚电连接有电阻R21和IC1的所述数字集成电路9#脚，所述电阻R20的另一端、所述R21的另一端和所述数字集成电路IC1的7#脚分别与公共N端相连,所述数字集成电路IC1的10#脚电连接电阻R22的一端，所述电阻R22的另一端并联有电阻R23和电容C16，所述电阻R23的另一端并联有电容C17和所述功率因数角信号放大电路，所述电容C16的负极和所述电容C17的另一端分别与公共N端相连接。

6.如权利要求3所述的无源滤波电能补偿装置，其特征在于：所述功率因数角信号放大电路包括与所述电阻R23输出端连接的电阻R24，所述电阻R24的另一端与集成运算放大电路IC2中的放大器A1的3#脚相连接，所述放大器A1的2#脚并联有电阻R25和R26电阻，所述电阻25的另一端与公共N端相连，所述电阻R26的另一端电连接至所述放大器A1的1#脚，所述放大器A1的1#脚输出端连接有电阻R27，所述电阻R27的另一端并联有电容C18和可调电阻RP1，所述可调电阻RP1的另一端、所述电容C18的负极分别与公共N端相连接，所述可调电阻RP1的滑动触头与所述信号分压电路相连。

7.如权利要求6所述的无源滤波电能补偿装置，其特征在于：所述信号分压电路包括与所述可调电阻RP1的滑动触头依次串联的电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31和电阻R32，所述电阻R32的另一端与公共N端相连。

8.如权利要求7所述的无源滤波电能补偿装置，其特征在于：所述信号比较器电路包括分别与所述可调电阻RP1的滑动触点和所述电阻R28连接的电阻R33，所述电阻R33的输出端分别与电阻R35和所述集成运算放大电路IC2中的放大器A2的5#脚相连接，所述电阻R35的另一端连接至所述放大器A2的7#脚，所述放大器A2的7#脚还连接有电阻R36，所述放大器A2的6#脚电连接有电阻R34，所述电阻34的输出端连接有电阻R37，所述电阻R37的输出端与所述+12V电源相连，所述放大器A2的4#脚连接至所述+12V电源,所述放大器A2的11#脚与公共N端连接；

所述电阻R28与所述电阻R29之间连接有电阻R39，所述电阻R39的输出端分别与电阻R41和集成运算放大电路IC3中的放大器A3的3#脚相连接，所述电阻R34的另一端连接至所述放大器A3的1#脚，所述放大器A3的1#脚还连接有电阻R42，所述放大器A3的2#脚电连接有电阻R40；

所述电阻R29与所述电阻R30之间连接有电阻R44，所述电阻R44的输出端分别与电阻R46和所述集成运算放大电路IC3中的放大器A4的5#脚相连接，所述电阻R46的另一端连接至所述放大器A4的7#脚，所述放大器A4的7#脚还连接有电阻R47，所述放大器A4的6#脚电连接有电阻R45；

所述电阻R30与所述电阻R31之间连接有电阻R49，所述电阻R49的输出端分别与电阻R51和所述集成运算放大电路IC3中的放大器A5的10#脚相连接，所述电阻R51的另一端连接至所述放大器A5的8#脚，所述放大器A5的8#脚还连接有电阻R52，所述放大器A5的9#脚电连接有电阻R50；

所述电阻R31与所述电阻R32之间连接有电阻R54，所述电阻R54的输出端分别与电阻R56和所述集成运算放大电路IC3中的放大器A6的12#脚相连接，所述电阻R56的另一端连接至所述放大器A6的14#脚，所述放大器A6的14#脚还连接有电阻R57，所述放大器A6的13#脚电连接有电阻R55；

所述电阻R34的输出端、电阻R40的输出端、电阻R45的输出端、电阻R50的输出端和电阻R55的输出端分别与公共N端相连；所述电阻R36的输出端、所述电阻R42的输出端、所述电阻R47的输出端、所述电阻R52的输出端和所述电阻R57的输出端分别与所述信号输出驱动及指示电路相连。

9.如权利要求8所述的无源滤波电能补偿装置，其特征在于：所述信号输出驱动及指示电路包括基极与所述电阻R36的输出端电连接的三极管VT1，所述三极管VT1的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT1的集电极并联有中间继电器KA1线圈、二极管VD3和电阻R38，所述电阻R38的另一端串联有发光二极管LED1，所述发光二极管LED1的正极、所述二极管VD3的负极和所述中间继电器KA1线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；

基极与所述电阻R32的输出端电连接的三极管VT2，所述三极管VT2的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT2的集电极并联有中间继电器KA2线圈、二极管VD4和电阻R43，所述电阻R43的另一端串联有发光二极管LED2，所述发光二极管LED2的正极、所述二极管VD4的负极和所述中间继电器KA2线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；

基极与所述电阻R47的输出端电连接的三极管VT3，所述三极管VT3的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT3的集电极并联有中间继电器KA3线圈、二极管VD5和电阻R48，所述电阻R48的另一端串联有发光二极管LED3，所述发光二极管LED3的正极、所述二极管VD5的负极和所述中间继电器KA3线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；

基极与所述电阻R52的输出端电连接的三极管VT4，所述三极管VT4的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT4的集电极并联有中间继电器KA4线圈、二极管VD6和电阻R53，所述电阻R53的另一端串联有发光二极管LED4，所述发光二极管LED4的正极、所述二极管VD6的负极和所述中间继电器KA4线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源；

基极与所述电阻R57的输出端电连接的三极管VT5，所述三极管VT5的发射极与公共N端相连接，所述三极管VT5的集电极并联有中间继电器KA5线圈、二极管VD7和电阻R58，所述电阻R58的另一端串联有发光二极管LED5，所述发光二极管LED5的正极、所述二极管VD7的负极和所述中间继电器KA5线圈的输出端分别电连接至所述+12V电源。

10.如权利要求3至9任一权利要求所述的无源滤波电能补偿装置，其特征在于：所述系统直流稳压电路包括降压变压器TB，所述降压变压器TB的两输入端分别电连接所述信号电压取样端子Uv和所述中性线N，所述降压变压器TB的输出端连接有由VD8～VD11组成的整流桥，所述整流桥的正极输出端电连接有滤波电容C19、滤波电容C20和集成稳压电路IC5的1#脚，所述集成稳压电路IC5的3#脚为所述+12V电源的输出端，所述集成稳压电路IC5的3#脚还连接有滤波电容C21和滤波电容C22，所述整流桥的负极输出端、所述滤波电容C19的负极、所述滤波电容C20的负极、所述滤波电容C21的负极、所述滤波电容C22的负极和所述稳压集成电路IC5的2#脚分别与公共N端相连。