CN108649579A - 一种电效强化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电效强化装置，其应用于电网；该电效强化装置包括：共模抑制单元、差模抑制单元和谐波吸收单元。其中，共模抑制单元用于抑制电网输入线路中的共模干扰信号；差模抑制单元用于对经由共模抑制单元抑制共模干扰信号之后的信号进行差模干扰信号的抑制；谐波吸收单元用于对经由差模抑制单元抑制差模干扰信号之后的信号进行谐波吸收处理。本发明通过采取上述技术方案，实现了提高电效的目的，能够高速吸收瞬变电压，并具有一定的防雷技术效果，能够满足企业的电力能源控制要求。

Description

一种电效强化装置

技术领域

本发明主要涉及电力技术领域，具体涉及一种电效强化装置。

背景技术

电能是国民经济最重要的能源供给形式，终端用电存在巨大的节能潜力，终端电网成千上万的用电单元不断变化、互相干扰、互相影响，构成了复杂的电力能源系统。

电源在给负载设备供电的过程中，会有瞬变过电压窜入线路中，导致线路中的电压超过负载设备所能承受的电压范围，从而造成该负载设备的损坏。

为此，提供一种电效强化装置是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种电效强化装置，以解决如何提高电效的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供以下技术方案：

一种电效强化装置，应用于电网；包括：

共模抑制单元，用于抑制所述电网输入线路中的共模干扰信号；

差模抑制单元，用于对经由所述共模抑制单元抑制所述共模干扰信号之后的信号进行差模干扰信号的抑制；

谐波吸收单元，用于对经由所述差模抑制单元抑制所述差模干扰信号之后的信号进行谐波吸收处理。

进一步地，所述共模干扰信号包括共模过电流信号和共模过电压信号；

所述共模抑制单元具体包括：放电管、瞬变电压抑制二极管和第一压敏电阻；其中：

所述放电管，其一端接地，另一端与第一压敏电阻相连，并用于对所述共模过电流信号进行泄放处理；

所述第一压敏电阻，其两端分别与所述放电管、所述瞬变电压抑制二极管的一端相连，并用于对所述共模过电压信号进行钳制；

所述瞬变电压抑制二极管，其一端与所述第一压敏电阻的一端相连，另一端接地，并用于对通过所述第一压敏电阻钳制的所述共摸过电压信号进行抑制。

进一步地，所述差模抑制单元具体包括：

差模干扰信号提取单元，用于提取差模干扰信号；

处理器，用于将所述差模干扰信号进行反相处理；

差模干扰信号消除单元，用于将反相处理的差模干扰信号传输至所述差模干扰信号提取单元的输出端。

进一步地，差模干扰信号提取单元包括高通滤波器；其中，所述高通滤波器的交流等效电路包括等效电阻；所述等效电阻用于将其两端的电压信号作为所述差模干扰信号。

进一步地，所述差模干扰信号消除单元包括巴特沃斯低通滤波器。

进一步地，所述谐波吸收单元包括：带通滤波器。

进一步地，所述带通滤波器具体包括：

第一陷波谐振器，用于接收所述差模抑制单元输出的信号；

第一LC并联谐振器，其与所述第一陷波谐振器电磁场耦合；

第二LC并联谐振器，其与所述第一LC并联谐振器电磁场耦合；

第二陷波谐振器，其与所述第二LC并联谐振器电磁场耦合。

进一步地，所述电效强化装置还包括：

功率因数提高单元，其与所述谐波吸收单元并联。

进一步地，所述功率因数提高单元为容性负载。

与现有技术相比，上述技术方案至少具有以下有益效果：

本发明提供一种电效强化装置，其应用于电网；该电效强化装置包括：共模抑制单元、差模抑制单元和谐波吸收单元。其中，共模抑制单元用于抑制电网输入线路中的共模干扰信号；差模抑制单元用于对经由共模抑制单元抑制共模干扰信号之后的信号进行差模干扰信号的抑制；谐波吸收单元用于对经由差模抑制单元抑制差模干扰信号之后的信号进行谐波吸收处理。

本发明通过采取上述技术方案，实现了提高电效的目的，能够高速吸收瞬变电压，并具有一定的防雷技术效果，能够满足企业的电力能源控制要求。

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。本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的方法来实现和获得。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为根据本发明一示例性实施例示出的电效强化装置的结构示意图；

图2为根据本发明一示例性实施例示出的共模抑制单元的结构示意图；

图3为根据本发明一示例性实施例示出的差模抑制单元的结构示意图；

图4为根据本发明一示例性实施例示出的高通滤波器的结构示意图；

图5为根据本发明一示例性实施例示出的巴特沃斯低通滤波器的结构示意图；

图6为根据本发明一示例性实施例示出的带通滤波器的结构示意图；

图7为根据本发明另一示例性实施例示出的带通滤波器的结构示意图。

这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的保护范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明实施例解决的技术问题、所采用的技术方案以及实现的技术效果进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，并不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，所获的所有其它等同或明显变型的实施例均落在本发明的保护范围内。本发明实施例可以按照权利要求中限定和涵盖的多种不同方式来具体化。在没有明确限定或不冲突的情况下，本发明中的各个实施例及其中的技术特征可以相互组合。本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例均在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在下面的描述中，为了方便理解，给出了许多具体细节。但是很明显，本发明的实现可以没有这些具体细节。

另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示例，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

由于电力能源效率受电网环境、负载工况、配电管理、生产工艺、流程管理、人员等众多因素影响；所以，这些因素可能产生和加大电能的无效损耗，导致终端电网系统电效降低，浪费能源，增加用户成本。因此，强化终端电网的电力能源效率问题是一个迫切的工作。

为此，本发明实施例提供一种电效强化装置。如图1所示，该电效强化装置包括共模抑制单元10、差模抑制单元20和谐波吸收单元 30。其中，共模抑制单元10用于抑制共模干扰信号；差模抑制单元 20用于对经由所述共模抑制单元抑制所述共模干扰信号之后的信号进行差模干扰信号的抑制；谐波吸收单元30用于对经由所述差模抑制单元抑制所述差模干扰信号之后的信号进行谐波吸收处理。

本发明实施例通过采取上述技术方案，分别通过共模抑制单元 10、差模抑制单元20对输入线路中的共模干扰信号(例如，共摸过电流信号、共模瞬变电压信号等)和差模干扰信号(例如，差模瞬变电压信号等)进行抑制；然后，再通过谐波吸收单元对抑制了共模干扰信号和差模干扰信号后的、输入线路中的信号进行谐波吸收处理；由此，抑制了电网输入线路中的瞬变信号，并吸收了谐波，避免了谐波的干扰，强化了电网的电力能源效率；而且，本发明实施例提供的电效强化装置还可以用来防雷。

需要说明的是，本文涉及到的术语“抑制”包括但不限于将电流或电压信号限制在预定的范围内，例如，可以通过对地泄放、过滤、钳制等方式实现。

更优选地，在上述实施例中，为了更好地抑制瞬变浪涌，还可以分别在电网输入线路的三根火线与地线之间接入压敏电阻、 P6KE260A型浪涌抑制器或5KP型浪涌抑制器等。

参考图2，在一个优选的实施例中，共模干扰信号包括共模过电流信号和共模过电压信号；上述共模抑制单元具体包括：放电管FDG、瞬变电压抑制二极管TVS1和第一压敏电阻Rv1；其中：放电管FDG，其一端接地，另一端与第一压敏电阻Rv1相连，并用于对共模过电流信号进行泄放处理；第一压敏电阻Rv1的两端分别与放电管FDG、瞬变电压抑制二极管TVS1的一端相连，并用于对共模过电压信号进行钳制；瞬变电压抑制二极管TVS1的一端与第一压敏电阻Rv1的一端相连，另一端接地，并用于对通过第一压敏电阻Rv1钳制的共摸过电压信号进行抑制。

在上述实施例中，放电管FDG(例如，气体放电管)对诸如雷击等产生的共摸过电流进行对地泄放处理。本实施例还进一步通过压敏电阻Rv1对共模过电压信号进行钳制；然后，再由瞬变电压抑制二极管TVS1进一步对由压敏电阻Rv1钳制住的共模过电压进行抑制，从而实现了对共模干扰信号的抑制。

参照图3，在一个优选的实施例中，差模抑制单元具体包括：差模干扰信号提取单元31、处理器32和差模干扰信号消除单元33。其中，差模干扰信号提取单元31用于提取差模干扰信号；处理器32用于将差模干扰信号进行反相处理；差模干扰信号消除单元33用于将反相处理的差模干扰信号传输至差模干扰信号提取单元的输出端。

其中，差模干扰信号提取单元31可以由高通滤波器实现，该高通滤波器的交流等效电路包括等效电阻。通过提取该高通滤波器交流等效电路中的等效电阻两端的电压信号，而得到差模干扰信号。

举例来说，如图4所示，其示例性地示出了高通滤波器。该高通滤波器包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2。其中，运算放大器U1的反相输入端与输出端相连；电容C1的一端作为输入端，另一端分别与电阻R1的一端、电容C2的一端相连；电阻R1的另一端与运算放大器U1的反相输入端相连；电容C2的另一端分别与运算放大器U1的同相输入端、电阻R2的一端相连；电阻R2的另一端接地。

其中，电容C1的容量可以通过下式得到：

式中，R₁表示电阻R1的阻值，例如，220千欧姆；R₂表电阻R2 的阻值，例如，220千欧姆；f₀表示截止频率，其值可以根据实际情况设定，例如50Hz等；C₁表示电容C1的容量。

其中，电容C2的容量可以通过下式得到：

式中，R₁表示电阻R1的阻值；R₂表电阻R2的阻值示；f₀表示截止频率，其值可以根据实际情况设定；C₂表示电容C2的容量。

本实施例可以通过提取电阻R1两端的电压来实现对差模干扰信号的提取。

上述处理器32包括但不限于数字信号处理器、现场可编程逻辑阵列、微控制器等。

在一个更优的实施例中，可以采用内嵌模数转换器和数模转换器的上述处理器32或者在上述处理器32的前、后级电路中分别设置模数转换器、数模转换器，通过模数转换器将差模干扰信号转换为数字信号；然后，对该数字信号进行反相处理；接着，再通过数模转换器将反相处理后的数字信号转换为反相模拟差模干扰信号。

上述差模干扰信号消除单元33可以通过巴特沃斯低通滤波器实现。

举例来说，如图5所示，其示例性地示出了巴特沃斯低通滤波器。该低通滤波器包括运算放大器U2、电阻R3、电阻R4、电容C3和电容C4。其中，电阻R3的一端作为输入端，另一端分别与电阻R4的一端、电容C3的一端相连；电阻R4的另一端分别与电容C4的一端、运算放大器U2的同相输入端相连；电容C4的另一端接地；电容C3 的另一端与运算放大器U2的反相输入端相连；运算放大器U2的反相输入端还与输出端相连。

其中，电容C3和电容C4的容量可以分别通过下式得到：

式中，R₃表示电阻R3的阻值；R₄表示电阻R4的阻值；f₀表示截止频率，其值可以根据实际情况设定；C₃表示电容C3的容量；C₄表示电容C4的容量。

本实施例中，先通过差模干扰信号提取单元31将差模干扰信号 (为了与反向处理后的信号相区别，其可以称为正相差模干扰信号) 从电网输入线路中提取出来；然后，通过处理器32对提取出来的差模干扰信号进行反相处理，得到与前述正相差模干扰信号的幅值相等且相位相反的反相差模干扰信号；最后，再由差模干扰信号消除单元 33将该反相差模干扰信号再输入电网的输入线路中(例如，输入至负载侧)，以抵消正相差模干扰信号，从而实现对差模干扰信号的抑制。

在一个可选的实施例中，谐波吸收单元包括带通滤波器。

具体地，如图6所示，上述带通滤波器可以包括：第一陷波谐振器61、第一LC并联谐振器62、第二LC并联谐振器63和第二陷波谐振器64。其中，第一陷波谐振器61用于接收所述差模抑制单元输出的信号。第一LC并联谐振器62与所述第一陷波谐振器电磁场耦合。第二LC并联谐振器63与所述第一LC并联谐振器电磁场耦合。第二陷波谐振器64与所述第二LC并联谐振器电磁场耦合。

在本实施例中，第一LC并联谐振器62、第二LC并联谐振器63 达到谐振状态时，形成高阻抗，以此来消除电网中的瞬间干扰信号。

图7示例性地示出了另一带通滤波器的结构示意图。其中，第一陷波谐振器61包括相并联的电感L1和电容C5；第一LC并联谐振器62包括相并联的电感L2和电容C6；第二LC并联谐振器63包括相并联的电感L3和电容C7；第二陷波谐振器64包括相并联的电感 L4和电容C8；此外，图7所示带通滤波器还包括电容C9，其用于耦合第一LC并联谐振器62与第二LC并联谐振器。具体地，第一陷波谐振器61的一端作为输入端，另一端同时与第一LC并联谐振器62、电容C9的一端相连；第一LC并联谐振器62的另一端接地；电容C9的另一端同时与第二LC并联谐振器63的一端、第二陷波谐振器64的一端相连；第二LC并联谐振器63的另一端接地；第二陷波谐振器64的另一端作为输出端。

在图7所示带通滤波器中，第一陷波谐振器61与第一LC并联谐振器62的信号流向相反。因此，第一陷波谐振器61与第一LC并联谐振器62形成较强的容性耦合。同理，第二LC并联谐振器63与第二陷波谐振器64也形成较强的容性耦合。

另一方面，例如，在第一陷波谐振器61和第一LC并联谐振器 62中，也可以形成为使信号的流向相同的耦合方式。在此情况下，第一陷波谐振器61与第一LC并联谐振器62成为较强的感性耦合。

同理，第二LC并联谐振器63与第二陷波谐振器64之间的耦合关系类似于第一LC并联谐振器62与第一陷波谐振器61之间的耦合方式，考虑到简洁，在此不再赘述。

为了提高电网的能量效率，在一个优选的实施例中，本发明实施例提供的电效强化装置还可以包括功率因数提供单元。其中，该功率因数提高单元与谐波吸收单元并联，用于提高功率因数。

具体地，该功率因数提高单元可以为容性负载。

上述容性负载例如可以为电容。

上述实施例通过功率因数提供单元，来为电网中的电感性负载 (例如，第一陷波谐振器中的电感器、第一LC并联谐振器中的电感器等)提供无功功率，减少了电网与负载之间的能量互换，提高了电网的有功功率而减小了无功功率，从而提高了电网的能量效率。

在实际应用中，本发明实施例提供的电效强化装置可以通过三相五线制方式接入高压电网(例如，380伏、50赫兹的电网)。

对于本领域普通技术人员来说，已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，这些已知的技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细的介绍。虽然本文应用了具体的个例对本发明的原理和实施方式进行了阐述，但是，上述实施例的说明仅适用于帮助理解本发明实施例的原理。

需要说明的是：附图中的标记和文字只是为了更清楚地说明本发明，不视为对本发明保护范围的不当限定。

术语“包括”、“包含”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

以上对本发明的示例实施例的详细描述是为了说明和描述的目的而提供。不是为了穷尽或将本发明限制为所描述的精确形式。显然，许多变型和改变对本领域技术人员而言是显而易见的。实施例的选择和描述是为了最佳地说明本发明的原理及其实际应用，从而使本领域其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适于特定使用预期的各种变型。本发明的实施例可以省略上述技术特征中的一些技术特征，仅解决现有技术中存在的部分技术问题。而且，所描述的技术特征可以进行任意组合。本发明的保护范围由所附权利要求及其等价物来限定，本领域技术其他人员可以对所附权利要求中所描述的技术方案进行各种变型或替换和组合，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电效强化装置，其特征在于，应用于电网；包括：

共模抑制单元，用于抑制所述电网输入线路中的共模干扰信号；

差模抑制单元，用于对经由所述共模抑制单元抑制所述共模干扰信号之后的信号进行差模干扰信号的抑制；

谐波吸收单元，用于对经由所述差模抑制单元抑制所述差模干扰信号之后的信号进行谐波吸收处理。

2.根据权利要求1所述的电效强化装置，其特征在于，所述共模干扰信号包括共模过电流信号和共模过电压信号；

所述共模抑制单元具体包括：放电管、瞬变电压抑制二极管和第一压敏电阻；其中：

所述放电管，其一端接地，另一端与第一压敏电阻相连，并用于对所述共模过电流信号进行泄放处理；

所述第一压敏电阻，其两端分别与所述放电管、所述瞬变电压抑制二极管的一端相连，并用于对所述共模过电压信号进行钳制；

所述瞬变电压抑制二极管，其一端与所述第一压敏电阻的一端相连，另一端接地，并用于对通过所述第一压敏电阻钳制的所述共摸过电压信号进行抑制。

3.根据权利要求1所述的电效强化装置，其特征在于，所述差模抑制单元具体包括：

差模干扰信号提取单元，用于提取差模干扰信号；

处理器，用于将所述差模干扰信号进行反相处理；

差模干扰信号消除单元，用于将反相处理的差模干扰信号传输至所述差模干扰信号提取单元的输出端。

4.根据权利要求3所述的电效强化装置，其特征在于，差模干扰信号提取单元包括高通滤波器；其中，所述高通滤波器的交流等效电路包括等效电阻；所述等效电阻用于将其两端的电压信号作为所述差模干扰信号。

5.根据权利要求3所述的电效强化装置，其特征在于，所述差模干扰信号消除单元包括巴特沃斯低通滤波器。

6.根据权利要求1所述的电效强化装置，其特征在于，所述谐波吸收单元包括：带通滤波器。

7.根据权利要求6所述的电效强化装置，其特征在于，所述带通滤波器具体包括：

第一陷波谐振器，用于接收所述差模抑制单元输出的信号；

第一LC并联谐振器，其与所述第一陷波谐振器电磁场耦合；

第二LC并联谐振器，其与所述第一LC并联谐振器电磁场耦合；

第二陷波谐振器，其与所述第二LC并联谐振器电磁场耦合。

8.根据权利要求1-7中任一所述的电效强化装置，其特征在于，所述电效强化装置还包括：

功率因数提高单元，其与所述谐波吸收单元并联。

9.根据权利要求8中任一所述的电效强化装置，其特征在于，所述功率因数提高单元为容性负载。