CN106374478A - 一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，连接在电网与负载之间，包括电流互感器、谐波提取器、基波无功分量提取器、谐波比较器、中央处理器、PWM波发生器和逆变器，所述电流互感器分别连接负载、谐波提取器和基波无功分量提取器，所述基波无功分量提取器连接谐波比较器，所述谐波提取器和谐波比较器均连接中央处理器，所述中央处理器连接PWM波发生器，所述PWM波发生器连接逆变器，所述逆变器连接电网。与现有技术相比，本发明具有安装方便、造价很低、配置灵活多变、检修维护方便、操作直观等优点。

Description

一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置
技术领域
本发明涉及一种电力有源滤波装置，尤其是涉及一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置。
背景技术
随着经济技术的不断发展与进步，电网规模不断增大，大量的感性负荷接入电网，导致电网的功率因数持续偏低。尤其在10kV输电线路中，存在着大量的无功电流的流动，造成很大的输电损耗。非线性负荷引起的谐波同样带来严重的负面影响，特别是随着电力电子技术的迅猛发展，各种电力电子装置在发电、输电、配电和用电系统中日益广泛的应用，它对电网所带来的谐波、无功污染也逐渐严重。同时随着社会信息化的进步，敏感性负载(如计算机控制系统、精密电子设备等)的广泛应用，对电能质量也提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，具有安装方便、造价很低、配置灵活多变、检修维护方便、操作直观等优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，连接在电网与负载之间，包括电流互感器、谐波提取器、基波无功分量提取器、谐波比较器、中央处理器、PWM波发生器和逆变器，所述电流互感器分别连接负载、谐波提取器和基波无功分量提取器，所述基波无功分量提取器连接谐波比较器，所述谐波提取器和谐波比较器均连接中央处理器，所述中央处理器连接PWM波发生器，所述PWM波发生器连接逆变器，所述逆变器连接电网；
电流互感器实时采集负载电流，通过谐波提取器提取谐波分量，当谐波比较器判断谐波分量高于或低于设定值，则向中央处理器发送谐波补偿指令，同时通过基波无功分量提取器提取基波无功分量，向中央处理器发送基波无功分量补偿指令，中央处理器通过PWM波发生器控制逆变器输出补偿电流，该补偿电流与负载电流中需补偿的谐波与基波无功分量等电流抵消。
所述中央处理器连接有与上位机无线连接的无线发射器。
所述谐波分量的次数为2～50次。
所述中央处理器为ARM+DSP双核处理器。
所述谐波提取器、基波无功分量提取器、谐波比较器均为单片机。
所述电流互感器通过数据采集卡连接谐波提取器，所述电压互感器通过数据采集卡连接基波无功分量提取器。
所述逆变器采用由IGBT构成的三相全桥逆变电路。
还包括连接中央处理器的液晶显示屏和控制按钮。
还包括壳体，该电力有源滤波装置通过螺钉安装于壳体内，所述壳体内设有风冷机和散热孔。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)在消除系统中谐波的同时还可以进行无功补偿调度，从根本上提高了线路的电能质量，降低线损，提高电网的供电可靠性和经济效益。
2)增加谐波比较器，当负载谐波不很严重，则可以只需补偿基波无功功率，保证滤波效果的同时降低功耗，配置灵活多变，且ARM+DSP双核处理器保证数据处理精准快速。
3)采用壳体落地式一体式结构，应用于户外，为户外型设备，通过无线发射器实现远程监控，具有安装方便、造价很低、检修维护方便的优点，同时配置液晶显示屏和控制按钮，操作直观。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图。
图中：1、电流互感器，2、谐波提取器，3、基波无功分量提取器，4、谐波比较器，5、中央处理器，6、PWM波发生器，7、逆变器,8、电网，9、负载。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，连接在电网8与负载9之间，该负载9为非线性负载，包括电流互感器1、谐波提取器2、基波无功分量提取器3、谐波比较器4、中央处理器5、PWM波发生器5和逆变器7，电流互感器1分别连接负载9、谐波提取器2和基波无功分量提取器3，基波无功分量提取器3连接谐波比较器4，谐波提取器2和谐波比较器4均连接中央处理器5，中央处理器5连接PWM波发生器5，PWM波发生器5连接逆变器7，逆变器7连接电网8。
其中，中央处理器5连接有与上位机无线连接的无线发射器，减少布线且实时性好。
中央处理器5为ARM+DSP双核处理器，该ARM+DSP双核处理器处理效率高、可长时间稳定工作。谐波提取器2、基波无功分量提取器3、谐波比较器4均采用单片机。逆变器7采用由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)构成的三相全桥逆变电路。电流互感器1通过数据采集卡连接谐波提取器2，电压互感器通过数据采集卡连接基波无功分量提取器3，数据采集卡实现模数转化功能。
中央处理器5连接有液晶显示屏和控制按钮，液晶显示屏便于直观地显示工作状态，控制按钮包括开启、关闭以及设定值的输入等。
该电力有源滤波装置通过螺钉安装于壳体内，壳体内设有风冷机和散热孔，散热性好。
图中，iL为瞬时负载电流，is为瞬时电源电流，ic为有源电力滤波器注入电网8的补偿电流。根据基尔霍夫电流定律，有：is＝iL+ic。由于瞬时负载电流中含有基波分量和谐波分量，瞬时负载电流几可表示为：iL＝iLf+iLh，其中iLf为瞬时负载电流的基波分量iLh为瞬时负载电流谐波分量。如果再将瞬时负载电流iL的基波分量分解成瞬时有功分量iLpf和瞬时无功分量iLqf，则瞬时负载电流可表示为：iL＝iLpf+iLqf+iLh。
如果需要补偿负载9所产生的谐波电流时，有源电力滤波器的指令电流运算电路检测并计算出瞬时负载电流的谐波分量，将其反极性后作为补偿电流的指令信号，由补偿电流发生电路产生的补偿电流，该补偿电流与瞬时负载电流中的谐波分量大小相等、方向相反，与瞬时负载电流中的谐波分量两者互相抵消，使电源电流中只含负载电流的基波分量而不含谐波。这样就达到了消除电源电流中谐波的目的。
如果要求有源电力滤波器在补偿谐波电流的同时，还补偿负载9的无功功率，则只要在补偿电流的指令信号中增加与瞬时负载电流的基波无功分量反极性的成分即可。这样，补偿电流与负载电流中的谐波及无功分量相抵消，电源电流等于负载电流的基波有功分量。
如果负载谐波不很严重，则可以只需补偿基波无功功率。
工作原理：
1)该装置可以对负载侧非线性负荷产生的谐波进行补偿，改善系统侧电能质量，为业主避免电力罚款的产生。通过电流互感器1检测负载电流，并通过谐波提取器2提取出负载电流中的谐波分量，谐波分量的次数为2～50次，当谐波比较器4判断谐波分量高于或低于设定值，则中央控制器发送谐波补偿指令，通过PWM波发生器5产生PWM信号并发送给逆变器7内部IGBT，控制逆变器7产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的电流注入到电网8中，达到滤波的目的。
2)负载电流通过提取谐波分量，则向中央处理器5同时通过基波无功分量提取器3提取基波无功分量，向中央处理器5发送基波无功分量补偿指令，中央处理器5控制逆变器7输出补偿电流，该补偿电流与负载电流中需补偿的谐波与基波无功分量等电流抵消
因此，该补偿装置的基本工作原理可简述为：检测补偿对象的电流，计算得出补偿电流的指令信号，该信号经放大得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终使电源电流成为期望的正弦波。并且可根据不同的需要，实现不同的功能。

Claims (9)

1.一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，连接在电网(8)与负载(9)之间，其特征在于，包括电流互感器(1)、谐波提取器(2)、基波无功分量提取器(3)、谐波比较器(4)、中央处理器(5)、PWM波发生器(6)和逆变器(7)，所述电流互感器(1)分别连接负载(9)、谐波提取器(2)和基波无功分量提取器(3)，所述基波无功分量提取器(3)连接谐波比较器(4)，所述谐波提取器(2)和谐波比较器(4)均连接中央处理器(5)，所述中央处理器(5)连接PWM波发生器(6)，所述PWM波发生器(6)连接逆变器(7)，所述逆变器(7)连接电网(8)；
电流互感器(1)实时采集负载电流，通过谐波提取器(2)提取谐波分量，当谐波比较器(4)判断谐波分量高于或低于设定值，则向中央处理器(5)发送谐波补偿指令，同时通过基波无功分量提取器(3)提取基波无功分量，向中央处理器(5)发送基波无功分量补偿指令，中央处理器(5)通过PWM波发生器(6)控制逆变器(7)输出补偿电流，该补偿电流与负载电流中需补偿的谐波与基波无功分量等电流抵消。
2.根据权利要求1所述的一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，其特征在于，所述中央处理器(5)连接有与上位机无线连接的无线发射器。
3.根据权利要求1所述的一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，其特征在于，所述谐波分量的次数为2～50次。
4.根据权利要求1所述的一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，其特征在于，所述中央处理器(5)为ARM+DSP双核处理器。
5.根据权利要求1所述的一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，其特征在于，所述谐波提取器(2)、基波无功分量提取器(3)、谐波比较器(4)均为单片机。
6.根据权利要求1所述的一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，其特征在于，所述电流互感器(1)通过数据采集卡连接谐波提取器(2)，所述电压互感器通过数据采集卡连接基波无功分量提取器(3)。
7.根据权利要求1所述的一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，其特征在于，所述逆变器(7)采用由IGBT构成的三相全桥逆变电路。
8.根据权利要求1所述的一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，其特征在于，还包括连接中央处理器(5)的液晶显示屏和控制按钮。
9.根据权利要求1所述的一种户外型带无功调度功能的电力有源滤波装置，其特征在于，还包括壳体，该电力有源滤波装置通过螺钉安装于壳体内，所述壳体内设有风冷机和散热孔。
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