CN104297547B - 分散式负载电流感测系统 - Google Patents

Abstract

一种分散式负载电流感测系统，用以连接于电力输入端之后，该电力输入端电性连接一主电力干线，该主电力干线分别电性连接至少一负载支路，该系统包括一电力汇流排、一主动电力滤波装置及一负载电流感测装置，其中该电力汇流排电性连接该主电力干线，该主动电力滤波装置电性连接该电力汇流排，而该负载电流感测装置电性连接于该负载支路上以感测该负载支路的负载电流感测讯号并回传主动电力滤波装置，再由主动电力滤波装置进行补偿讯号，藉由负载电流感测装置架构于负载支路上，降低了负载电流感测器的侦测范围，并使补偿更精确。

Description

分散式负载电流感测系统

技术领域

本发明有关一种主动电力滤波系统，尤指一种用以补偿各负载支路的谐波讯号与虚功的分散式负载电流感测系统。

背景技术

近来随着科技的进步，大量的非线性负载装置被使用，诸如变频器、照明设备等，用以提升了效能与便利性，却也带来了诸多电力污染的问题，其中以谐波问题最为严重，而为了改善谐波问题，一般均会装置电力滤波器来解决此一问题。

而电力滤波器大致可分为被动式电力滤波器与主动式电力滤波器，其中被动式电力滤波器主要由电感与电容相组成，具有结构简单与成本低的优点，但其缺点却有其体积与重量大，只能消除固定谐波，功率因素改善有限，且容易与电力系统产生共振的缺点；而主动电力滤波器则能有效的抑制所有电流谐波成分同时还能改善电源侧的功率因素，因此考量到一般系统的需求，并为了提高其可靠度、大容量及系统的扩充性，大多会采用主动式电力滤波器，配合多个小容量主动电力滤波器并联运转，其配置方式如图1的系统方块图所示。

习知应用于并联运转的主动电力滤波器技术中，主要可分为几种，包括平行独立侦测法、负载电流分配法、多组补偿不同频率电流法、多组不同切换频率法及负载资讯传输控制方法等方法，各种主动电力滤波器的控制方法皆有其优缺点存在，举例而言，如图2的系统方块图所示，该负载资讯传输控制方法是将主动电力滤波装置分别设置于不同的负载支路上，且每一个主动电力滤波器除了将独自运作补偿谐波电流及虚功，可以利用电力网路直接进行资讯传输，连结沟通每个主动电力滤波器，而使不同负载支路上的主动滤波器能相互补偿，提升系统效益，但其缺点是分散式的主动电力滤波器会造成保养及管理上的不便之外，主动电力滤波器的谐波补偿功能具有衰减电力网路传输讯息的能力；而前述的各种主动电力滤波器除本身自有的优缺点外，更要注意的部分是其集中式管理与分散式管理存在性的问题

而所谓集中式管理，如图3的系统方块图所示，是将所有的主动电力滤波器安置于电力输入端的电力机房之后，于负载支路之前和主电力干线并联相接，因此架构简单且管理容易，而且合适的装置环境有助于主动电路滤波器的使用寿命，但集中式管理会发生仅在电力输入端与主动电力滤波器装置间的主干线是干净的电力网路，而主动电力滤波器装置之后的电力网路仍然是受谐波污染的电力网路，集中式主动电力滤波器主要是侦测主电力干线上的总负载电流来做为谐波补偿资料讯习，但是总负载电流会因为负载端电力设备的使用情况，可能从几安培到数千安培甚至于上万安培，此时负载电流感测器因为侦测的范围过大，导致精确性会有一定的误差产生；而分散式管理，如图4的系统方块图所示，其优点是弥补上述集中式管理的缺点，整个电力网路会比较纯净，但是主动电力滤波器分散式管理，除了安装空间环境的不稳定因素之外，几乎每一台主动电力滤波器仅能控制一个负载支路，如果相互间还要补偿支援，还需要繁复的讯号处理与传输，使得整个系统架构变得很复杂，导致管理与保养上的不便性，严重者甚至可能引导出主动电力滤波器的使用寿命的问题产生。

发明内容

针对上述的缺失，本发明的主要目的在于提供一种分散式负载电流感测系统，其可以使补偿更精确，从而使电力网路干净，还可使管理简单，增加主动电力滤波装置的使用寿命。

为达成上述的目的，本发明提供一种分散式负载电流感测系统，用以连接于电力输入端之后，该电力输入端电性连接一主电力干线，该主电力干线分别电性连接至少一负载支路，该系统包括：

一电力汇流排，电性连接该主电力干线；

一主动电力滤波装置，电性连接该电力汇流排，该主动电力滤波装置更包括：

一讯号处理单元，用以解析所接收的讯号并发送一讯号；

一驱动电路单元，与该讯号处理单元电性连接，用以接收该讯号处理单元的讯号，并依其讯号发送一驱动讯号；

一功率单元，与该驱动电路单元电性连接，用以接收该驱动讯号并产生一补偿讯号；

一负载电流感测装置，电性连接于该负载支路上，该负载电流感测装置更包括一控制单元及一负载电流感测单元，该控制单元与该负载电流感测单元彼此电性连接，该负载电流感测单元用以感测该负载支路的负载电流感测讯号并回传该讯号至控制单元后再传至该主动电力滤波装置；藉由该主动电力滤波装置产生一与负载支路的谐波讯号与振幅大小相同但相位相反的补偿讯号，经由电力汇流排经由电力主干线传送至负载支路，以补偿各负载支路的谐波讯号与虚功。

其中，该电力汇流排更连接一扩充功率单元，该扩充功率单元更电性连接于该讯号处理单元，用以接收该讯号处理单元所传送的讯号。

其中，该控制单元更电性连接一通讯单元，用以接收控制单元的讯号并传送至该主动电力滤波装置。

其中，该通讯单元的通讯传输格式可以为无线通讯。该通讯单元可以为WIFI或蓝牙无线型式传输模式的任一种。

其中，该通讯单元的通讯传输格式可以为有线通讯。该通讯单元可以为RS232或RS484有线型式传输模式的任一种。

本发明的有益效果在于，提供的分散式负载电流感测系统，将负载电流感测装置直接架构于负载支路上，选择符合负载支路电流工作范围的电流感测器，增加量测的精密度，并回传其感测的电流讯号回报主动电力滤波装置，致使主动电路滤波装置集中管理且能对各个负载支路提供更精确的补偿分量，且经由资讯传输使得每个主动电力滤波装置与各个负载支路的补偿量达到最佳分配，以产生最大的系统效益，使该主动电力滤波系统兼具集中式管理与分散式管理的优点，不仅能提供一个干净电力网路，更达到管理简单及增加主动电力滤波装置的使用寿命。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1：为习知的系统方块图。

图2：为习知的系统方块图。

图3：为习知的系统方块图。

图4：为习知的系统方块图。

图5：为本发明的系统方块图。

图6：为本发明的另一实施例系统方块图。

图7：为本发明的又一实施例系统方块图。

图8：为本发明的再一实施例系统方块图。

具体实施方式

请参阅图5，为本发明的系统方块图。如图所示，本实施例以一对多的型态呈现，本发明的分散式负载电流感测系统架设于一电力输入端100之后，该电力输入端100电性连接一主电力干线101，该主电力干线101分别电性连接多个负载支路A、B及C，本实施例中该主电力干线101所连接的负载支路不限于本实施例所揭露的内容，该主电力干线101电性连接一电力汇流排2，该电力汇流排2再电性连接一主动电力滤波装置3，其中该主动电力滤波装置3内更分别包括一电流和电压感测单元31、一讯号处理单元32、一驱动电路单元33、一功率单元34、一储能单元35以及一输出滤波单元36且彼此电性连接，而于各负载支路A、B及C上分别电性连接一负载电流感测装置4，将该些负载电流感测装置4直接架构于各负载支路A、B及C，以降低该些负载电流感测装置4侦测范围，其中各负载电流感测装置4内更包括一控制单元41、一负载电流感测单元42及一通讯单元43，该控制单元41分别电性连接该负载电流感测单元42及通讯单元43，该负载电流感测单元42用以感测各负载支路A、B及C的负载电流数据，而该控制单元41用以接收该负载电流数据后，再经由该通讯单元43传送至该主动电力滤波装置3，另该通讯单元43的通讯传输格式可为无线通讯系统，例如WIFI或蓝牙等无线型式传输模式，也可为有线通讯系统，如RS232、RS484等有线型式传输模式以进行资讯传输；最后，各负载电流感测装置4再分别电性连接对用于各负载支路A、B及C的支路负载A、B及C。

续参阅图5。本发明于习知技术最大不同之处，就是直接于各负载支路A、B及C上装设独立的负载电流感测装置4，藉此降低该负载电流感测装置4需要侦测的范围，经由其中的负载电流感测单元42收集其负载电流数据后，经由控制单元41将其数据经由通讯单元43传送至负责控制所有负载支路A、B及C的主动电力滤波装置3上，该主动电力滤波装置3将接收到的各负载支路A、B及C的负载电流讯号进行解析，由电流和电压感测单元31接收电力输入端的电压讯号与补偿电流的反馈讯号，之后通过讯号处理单元32的运算与处理，并发送该运送结果至该驱动电路单元33，再由该驱动电路单元33驱动该功率单元34，由功率单元34产生与各负载支路A、B及C的谐波讯号与振幅大小相同但相位相反的补偿讯号，并控制该储能单元35及输出滤波单元36进行输出动作，经由电力汇流排2经由主电力干线101传送到各负载支路A、B及C，以补偿各负载支路A、B及C的谐波讯号与虚功，藉此获得精确度较高的感测讯号，使得谐波补偿更适时及精确。

请参阅图6，为本发明的另一实施例系统方块图。如图所示，本实施例以多对多的型态呈现，该电力汇流排2分别电性连接多个的主动电力滤波装置3A、3B及3C，而该主电力干线101分别电性连接多个负载支路A、B及C，各负载支路A、B及C分别电性连接一负载电流感测装置4A、4B及4C，最后各负载电流感测装置4A、4B及4C再分别电性连接支路负载A、B及C，其中各负载电流感测装置4A、4B及4C分别电性连接相对应的主动电力滤波装置3A、3B及3C；其中各负载电流感测装置4A、4B及4C分别通过内部的负载电流感测单元42A、42B及42C感测其负载电流数据回传至各控制单元41A、41B及41C，之后由各控制单元41A、41B及41C将其数据通过通讯单元43A、43B及43C分别回传其数据至各对应的主动电力滤波装置3A、3B及3C进行解析，最后各主动电力滤波装置3A、3B及3C经由电力汇流排2经由主电力干线101传送到各负载支路A、B及C，以补偿各负载支路A、B及C的谐波讯号与虚功。

请参阅图7，为本发明的又一实施例系统方块图。如图所示，于本实施例以多对一并行运转的型态呈现，本实施例中该电力汇流排2分别电性连接多个的主动电力滤波装置3A、3B及3C，而该主电力干线101电性连接多个负载支路A，该负载支路A电性连接一负载电流感测装置4，其中该负载电流感测装置4通过内部的负载电流感测单元42感测其负载电流数据，之后通过通讯单元43回传其数据至对应的多个主动电力滤波装置3A、3B及3C进行解析，由各电流和电压感测单元31接收电力输入端的电压讯号与补偿电流的反馈讯号，再依接收到的不同反馈讯号进行解析，由各主动电力滤波装置3A、3B及3C经由电力汇流排2经由主电力干线101传送到负载支路A，以进行对负载支路A不同程度的谐波讯号与虚功，以满足其负载支路A的补偿需求。

请参阅图8，为本发明的再一实施例系统方块图。如图所示，于该电力汇流排2更电性连接至少一扩充功率单元5，于本实施例中该电力汇流排2电性连接多组扩充功率单元5，该些扩充功率单元5再电性连接于该主动电力滤波装置3的讯号处理单元32；由于考量到各负载支路A、B及C满载情形下，该主动电力滤波装置3的最大输出补偿容量不足以满足各负载支路A、B及C满载情况下的需求容量，反而造成系统补偿能力的失效，因此该主动电力滤波装置3经由各负载支路A、B及C的负载电流感测装置4A、4B及4C传送所感测到的负载电流讯号，经解析出基频讯号与谐波讯号，再经由讯号处理单元32运算与处理，若发生主动电力滤波装置3补偿容量不足以满足其中一负载支路A的需求容量时，该主动电力滤波装置3的讯号处理单元32则会开启多功率单元模式，依据该讯号处理单元32计算出需求补偿容量，并产生驱动该些扩充功率单元5的驱动讯号，以驱动该些扩充功率单元5产生与负载支路A谐波讯号固定、比例振幅但相位相反的补偿讯号，最后通过电力汇流排2经由主电力干线101传送到负载支路A，以补偿负载支路A所需的谐波讯号与虚功。

惟以上所述的实施方式，是为较佳的实施实例，当不能以此限定本发明实施范围，若依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化或修饰，皆应属本发明下述的专利涵盖范围。

Claims (6)

1.一种分散式负载电流感测系统，用以连接于电力输入端之后，该电力输入端电性连接一主电力干线，该主电力干线分别电性连接至少一负载支路，其特征在于，该系统包括：

一电力汇流排，电性连接该主电力干线；

一主动电力滤波装置，电性连接该电力汇流排，该主动电力滤波装置更包括：

一讯号处理单元，用以解析所接收的讯号并发送一讯号；

一驱动电路单元，与该讯号处理单元电性连接，用以接收该讯号处理单元的讯号，并依其讯号发送一驱动讯号；

一功率单元，与该驱动电路单元电性连接，用以接收该驱动讯号并产生一补偿讯号；

该至少一负载支路上分别电性连接一负载电流感测装置，该负载电流感测装置更包括一控制单元及一负载电流感测单元，该控制单元与该负载电流感测单元彼此电性连接，该负载电流感测单元用以感测该负载支路的负载电流感测讯号并回传负载电流感测讯号至控制单元后再传至该主动电力滤波装置；藉由该主动电力滤波装置产生一与负载支路的谐波讯号和振幅大小相同但相位相反的补偿讯号，经由电力汇流排和主电力干线传送至负载支路，以补偿各负载支路的谐波讯号与虚功,该控制单元更电性连接一通讯单元，用以接收控制单元的讯号并传送至该主动电力滤波装置。

2.如权利要求1所述的分散式负载电流感测系统，其特征在于，该电力汇流排更连接一扩充功率单元，该扩充功率单元更电性连接于该讯号处理单元，用以接收该讯号处理单元所传送的讯号。

3.如权利要求1所述的分散式负载电流感测系统，其特征在于，该通讯单元的通讯传输格式为无线通讯。

4.如权利要求3所述的分散式负载电流感测系统，其特征在于，该通讯单元为WIFI或蓝牙无线型式传输模式的任一种。

5.如权利要求1所述的分散式负载电流感测系统，其特征在于，该通讯单元的通讯传输格式为有线通讯。

6.如权利要求5所述的分散式负载电流感测系统，其特征在于，该通讯单元为RS232或RS484有线型式传输模式的任一种。