CN105281343A - 模块化混联滤波补偿系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电能质量优化领域，尤其涉及一种模块化混联滤波补偿系统及方法。应用于对电源向负载提供电能的线路上进行滤波补偿，信号采样模块与所述线路连接，以对所述电源提供的电信号进行采样；塑壳断路器；以及控制模块，通过所述塑壳断路器与所述线路连接，以对所述线路上传输的电能进行所述滤波补偿；其中所述控制模块包括并联的至少两个控制单元，且按照预设的规则设定所述至少两个控制单元中的一个所述控制单元为主机，并设定剩余的所述控制单元均为从机；所述主机接收并处理所述信号采样模块采集的电信号，以通过发送分配指令控制所述从机工作。

Description

模块化混联滤波补偿系统及方法

技术领域

本发明涉及电能质量优化领域，尤其涉及一种模块化混联滤波补偿系统及方法。

背景技术

现有的无功补偿装置主要有无源滤波补偿装置、有源滤波补偿装置或二者混联型滤波补偿装置，但是无源滤波补偿装置在轻载或容性场合不能正常工作、纯有源滤波补偿产品对环境要求比较高，价格比较贵，所以混联型的滤波补偿装置也就应运而生。

图1为现有技术中混联滤波补偿装置的拓扑结构图，如图1所示，图1中的有源部分和无源部分单独成柜，它们一般都是自己独立的控制部分、即使有些厂家再研发一个综合控制器来协调二者工作，在负荷性质变化的情况下，很难改变有源和无源部分容量的配比、综合控制器一旦出现问题，就不能很好的协调有源、无源发挥各自的最大的优势。

发明内容

针对现有技术中的混联滤波补偿装置所存在的缺陷，本发明设计了一种低压电能、质量优化的模块化混联滤波补偿系统及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种模块化混联滤波补偿系统，应用于对电源向负载提供电能的线路上进行滤波补偿，所述补偿系统包括：

信号采样模块，与所述线路连接，以对所述电源提供的电信号进行采样；

塑壳断路器；以及

控制模块，通过所述塑壳断路器与所述线路连接，以对所述线路上传输的电能进行所述滤波补偿；其中

所述控制模块包括并联的至少两个控制单元，且按照预设的规则设定所述至少两个控制单元中的一个所述控制单元为主机，并设定剩余的所述控制单元均为从机；

所述主机接收并处理所述信号采样模块采集的电信号，以通过发送分配指令控制所述从机工作。

优选的，所述至少两个控制单元中包括：多个有源控制模块和多个无源控制模块；以及

所述补偿系统运行后地址最小的各个所述有源控制模块与无源控制模块为主机。

优选的，所述主机与从机通过RS485通讯的方式交换信息。

优选的，各个所述有源控制模块与无源控制模块均通过避雷器与所述负载连接。

优选的，所述系统还包括：

人机界面模块，分别与各个所述有源控制模块、各个所述无源控制模块连接，监测各个所述有源控制模块、各个所述无源控制模块的工作情况；

GPRS模块，分别与各个所述有源控制模块、各个所述无源控制模块连接，与各个所述有源控制模块、各个所述无源控制模块进行GPRS数据通信。

优选的，所述各个所述有源控制模块、各个所述无源控制模块均采用两侧带滑轮插拔式书本行结构。

优选的，所述主机包括：

计算单元，与所述信号采样模块连接，根据所述信号采样模块采样的电信号进行滤波补偿计算；

分配单元，分别与所述计算单元、所述从机连接，根据计算的滤波补偿结果分配各个所述从机的工作情况。

优选的，所述计算单元计算所述补偿系统的有功量、无功量、谐波量。

优选的，所述分配单元分配滤波补偿量、投入模块数目给所述从机。

优选的，所述分配单元分配主机运行状态给所述从机。

一种模块化混联滤波补偿方法，所述方法包括：

步骤S1：开启定时器，对无源控制模块进行延时投入；

步骤S2：各个所述有源控制模块、无源控制模块竞争出一主机；

步骤S3：信号采样单元从电源对电信号进行采样，并将采样的电信号发送至所述主机；

步骤S4：所述主机根据所述电信号进行计算并分配从机中的有源控制模块进行滤波补偿；

步骤S5：延时时间到，所述无源控制模块在所述主机的控制下进行滤波补偿。

优选的，所述步骤S4之前包括：

步骤S41：所述主机发送查询命令至各个所述从机，标注未应答的所述从机为故障，之后执行步骤S4。

优选的，所述步骤S5之后包括：

步骤S6：所述主机故障，各个所述从机竞争出新的主机，之后执行步骤S1。

优选的，所述步骤S6还包括：

步骤S61：竞争出所述新的主机后，所述新的主机发送查询命令至各个所述从机，标注未应答的所述从机为故障，之后执行步骤S1。

本发明的有益效果是：

本发明的有源控制模块、无源控制模块采用两侧带滑轮插拔式书本型结构，安装、维护、更换都较为方便，同时有源控制模块、无源控制模块公用输入端一侧信号采样模块，主控电分离，便于上电试机及调试，还最大限度减少无源控制模块动作次数及与有源控制模块输出容量，此优点最大程度的延长了系统的使用寿命，也提高了整机装置的性价比，本发明的主机和从机相当于一个独立电能质量监测平台，时刻监测用户负荷状况、并具有GPRS功能，便于将用户负荷情况及时告知用户、故障定位。

附图说明

图1为现有技术中混联滤波补偿装置的拓扑结构图；

图2为本发明模块化混联滤波补偿系统的结构示意图；

图3为本发明模块化混联滤波补偿系统的拓扑结构图；

图4为本发明模块化混联滤波补偿方法的示意图；

图5为本发明模块化混联滤波补偿方法的工作流程图；

图6为本发明模块化混联滤波补偿方法的故障流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

实施例一

图2为本发明模块化混联滤波补偿系统的结构示意图；如图2所示，本实施例包括若干个有源控制模块(以下简称有源模块4)，若干个无源控制模块(以下简称无源模块5)，各个有源模块4与各个无源模块5之间是并联关系，每个单元都处在一个并联支路上，在信号输入端与负载7之间连接有一个信号采样模块1，用于对信号输入端进行信号的采样，此外信号的输入端的输入信号可以是从变压器6的次级绕组发送的信号，每一个有源模块4、无源模块5均与信号采样单元连接，有源模块4与无源模块5的另一端与负载7连接。

实施例二

图3为本发明模块化混联滤波补偿系统的拓扑结构图；如图3所示，基于实施例一的结构基础上。本实施例还包括塑壳断路器2、避雷器3，并联后的有源模块4、无源模块5依次通过避雷器3、塑壳断路器2与负载7连接。此外，本实施例中还包括人机界面模块8、GPRS模块9，分别用于监控本系统和便于将用户负荷情况及时告知用户、故障定位。

本发明一个较佳的实施例，系统中好包括查询定时器，用于在预设时间后将无源模块5投入到系统中进行滤波补偿，该定时器分别与各个有源模块4、各个无源模块5连接。本实施例中的有源模块4与无源模块5，在系统运行时，首先竞争出主机，其中地址最小的模块为主机，其余的有源模块4与无源模块5即为从机，主机与从机之间采用RS485通讯的方式进行交换信息，其中，有源模块4与无源模块5采用两侧带滑轮插拔式书本型结构，使得安装、维护更加的方便。在合上塑壳断路器2后，主机控制从机的工作情况。

实施例三

图4为本发明模块化混联滤波补偿方法的示意图；如图3所示，本实施例方法包括：步骤S1：开启定时器，对无源控制模块进行延时投入；步骤S2：各个有源控制模块、无源控制模块竞争出一主机；步骤S3：信号采样单元从信号输入端(电源)对输入信号(电信号)进行采样，并将采样的输入信号发送至主机；步骤S4：主机根据输入信号进行计算并分配从机中的有源控制模块进行滤波补偿；步骤S5：延时时间到，无源控制模块在主机的控制下进行滤波补偿。

实施例四

图5为本发明模块化混联滤波补偿方法的工作流程图；如图5所示，系统运行后，系统初始化变量，同时将定时器开始，系统内的通讯中断，之后调用主机的竞争程序，竞争出主机，当竞争出主机的时候，由主机计算系统内的有功量、无功量、谐波量，每个PWM载波周期内将无功量/有源模块数(可替换为有源控制模块)、谐波量有源模块数发送给从机，从机按照有源模块的数目以及无功量、谐波量进行工作，并将主机运行状态发送给从机，例如从机为运行状态，在屏幕设定所有模块(或单元)为无功补偿模式，此时主机只需要输出等于无功量/有源模块数目就可以，在无源模块延时到的时候，根据与设定的投切方式，根据计算的系统无功量通过继电器控制无源模块(可为无源控制模块)投入数目。从机则接受主机发送的有功分量、无功分量、谐波分量，并按照主机的模式进行运行。

实施例五

图6为本发明模块化混联滤波补偿方法的故障流程图，如图6所示，在主机竞争程序开始的时候，初始化变量，将全局变量N赋值为1，之后启动定时器，当竞争出主机后，主机分配从机的工作，竞争不出主机时，主机的模拟地址值改变，当从机的模拟地址值为N＝0，置此模块主机标识位，否则当N＝1时，进行判断NUM＝N+1，故N大于NUM，时，所有模块故障，则流程结束。

主机在故障的时候，其余从机竞争出新的主机，新的主机的竞争规则也可以是地址最小的，当主机故障时清楚主机标志位，新的主机依次向发送查询命令，从机有应答的时候，从机模块数(或单元数)增加一个，相反机无应答，则从机通讯故障，在查询时间到的时候，查询结束。

在主机正常运行的时候，主机向从机发送查询命令，从机接受主机的查询命令，若应答则从机正常，若不应大，则当查询时间到时，标识此从机为故障。

综上所述，本发明将无源滤波补偿模块和有源滤波补偿模块结合在一起，将有源滤波补偿模块和无源滤波补偿模块各自独立成为一个单元，有源滤波补偿模块、无源滤波补偿模块采用插拔式结构、两侧装上滑轮、数量可以根据负载的性质及需要来配比，安装维护相当便利，各个控制单元通过RS485通讯的方式相互交换信息；上电时只有一个模块竞争为主机，没有竞争为主机的模块称为从机；主机发送命令控制其它从机正常，主机出现问题时、其他从机又会有一个单元竞争为主机，采样在信号输入侧，便于上电测试；一般根据现场的工况设计有源滤波补偿模块和无源滤波补偿模块的容量，也就是有源模块数和无源模块数，以达到现场电能质量最优化治理；和市场上常规的滤波补偿装置相比较，拓宽了它们的使用范围，充分的发挥了有源模块和无源模块的各自的优点，保证无源在何种工况下功率因数都在0.98以上，谐波畸变率在国家规定的范围内；任何一个单元出问题(包括竞争为主机的单元)装置都能自动调整，无源有源模块或无源模块采用的闭环方式。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种模块化混联滤波补偿系统，其特征在于，应用于对电源向负载提供电能的线路上进行滤波补偿，所述补偿系统包括：

信号采样模块，与所述线路连接，以对所述电源提供的电信号进行采样；

塑壳断路器；以及

控制模块，通过所述塑壳断路器与所述线路连接，以对所述线路上传输的电能进行所述滤波补偿；其中

所述控制模块包括并联的至少两个控制单元，且按照预设的规则设定所述至少两个控制单元中的一个所述控制单元为主机，并设定剩余的所述控制单元均为从机；

所述主机接收并处理所述信号采样模块采集的电信号，以通过发送分配指令控制所述从机工作。

2.根据权利要求1所述的模块化混联滤波补偿系统，其特征在于，

所述至少两个控制单元中包括：多个有源控制模块和多个无源控制模块；以及

所述补偿系统运行后地址最小的各个所述有源控制模块与无源控制模块为主机。

3.根据权利要求2所述的模块化混联滤波补偿系统，其特征在于，所述主机与从机通过RS485通讯的方式交换信息；以及

各个所述有源控制模块与无源控制模块均通过避雷器与所述负载连接。

4.根据权利要求2所述的模块化混联滤波补偿系统，其特征在于，所述系统还包括：

人机界面模块，分别与各个所述有源控制模块、各个所述无源控制模块连接，监测各个所述有源控制模块、各个所述无源控制模块的工作情况；

GPRS模块，分别与各个所述有源控制模块、各个所述无源控制模块连接，与各个所述有源控制模块、各个所述无源控制模块进行GPRS数据通信。

5.根据权利要求2所述的模块化混联滤波补偿系统，其特征在于，所述各个所述有源控制模块、各个所述无源控制模块均采用两侧带滑轮插拔式书本行结构。

6.根据权利要求1所述的模块化混联滤波补偿系统，其特征在于，所述主机包括：

计算单元，与所述信号采样模块连接，根据所述信号采样模块采样的电信号进行滤波补偿计算；

分配单元，分别与所述计算单元、所述从机连接，根据计算的滤波补偿结果分配各个所述从机的工作情况；其中

所述计算单元计算所述补偿系统的有功量、无功量、谐波量；所述分配单元分配滤波补偿量、投入模块数目和主机运行状态给所述从机。

7.一种模块化混联滤波补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：开启定时器，对无源控制模块进行延时投入；

步骤S2：各个所述有源控制模块、无源控制模块竞争出一主机；

步骤S3：信号采样单元从电源对电信号进行采样，并将采样的电信号发送至所述主机；

步骤S4：所述主机根据所述电信号进行计算并分配从机中的有源控制模块进行滤波补偿；

步骤S5：延时时间到，所述无源控制模块在所述主机的控制下进行滤波补偿。

8.根据权利要求7所述的模块化混联滤波补偿方法，其特征在于，所述步骤S4之前包括：

步骤S41：所述主机发送查询命令至各个所述从机，标注未应答的所述从机为故障，之后执行步骤S4。

9.根据权利要求7所述的模块化混联滤波补偿方法，其特征在于，所述步骤S5之后包括：

步骤S6：所述主机故障，各个所述从机竞争出新的主机，之后执行步骤S1。

10.根据权利要求9所述的模块化混联滤波补偿方法，其特征在于，所述步骤S6还包括：

步骤S61：竞争出所述新的主机后，所述新的主机发送查询命令至各个所述从机，标注未应答的所述从机为故障，之后执行步骤S1。