CN110380431B - 一种多功能电力调谐滤波系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能电力调谐滤波系统及方法。它包括滤波模块和控制系统，滤波模块包括磁控电抗器、电阻和若干个可投切电容，可投切电容并联，并联后的可投切电容、磁控电抗器和电阻依次连接构成单调谐滤波器，滤波模块上设有电流互感器和电压互感器，磁控电抗器上设有温度传感器，所述的控制系统包括ARM单片机、人机操作面板和后台管理服务器，所述的ARM单片机与滤波模块连接，所述的人机操作面板与ARM单片机连接，所述的ARM单片机与后台管理服务器连接。本发明的有益效果是：大大降低电网的谐波量，降低功耗，提高设备和其它电器组件的可靠性；可以自主调整谐振点，启动风冷，增加容抗，减少故障。

Description

一种多功能电力调谐滤波系统及方法
技术领域
本发明涉及谐波治理、远程电力数据采集以及监测技术相关技术领域，专用于低压电网5/7/11/13次的低压谐波滤除装置，适用于冶炼、变频、轧钢、整流、逆变弧焊机设备等的环境，尤其是指一种多功能电力调谐滤波系统及方法。
背景技术
传统的LC单调谐滤波器主要由电阻器、电容器、电感器三部分组成，并放在电网中产生谐波的装置旁，通过单调谐滤波电路和高通滤波支路来旁路谐波电流。优点是结构简单、成本低，是当前最常用的谐波治理和电能质量补偿方法。
早期的单调谐滤波器没有检测，也没有控制，容易造成失控状态运行，出现任何问题都无法智能化的解决，例如发生失谐问题时就会直接处于失效状态，与电网发生谐振时会烧毁单调谐滤波器。由于成本和网络的限制，主要用有线方式通讯，而现在公网的无线通讯方式成本以经很低，可以用于电力检测，实时性也很好，检测的信息量也可以更多。
由于谐波治理装置一般遵循就地补偿的原则，所以放置的位置具有分散性。因此，在对电网信息进行分析、统计及实现远程控制时，应仔细选择信息传输的方式。以下为远程监控系统中几种常见的信息传输方式：
1)电力线载波：电力线载波是电力系统特有的、基本的通信方式，电力线载波通讯是指在现有电力线的基础上，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。因为使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输媒介，所以电力线载波是唯一不需要线路投资的有线通信方式。
低压电力线载波方式仍存在配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送，三相电力线间有很大信号损失，电力线存在本身因有的脉冲干扰，并且电力线对载波信号造成高削减等技术瓶颈。通过实地调研，在干扰较大的场合不适合使用电力线载波通信方式。
2)串行总线方式：串行通讯方式具有使用线路少、成本低的优点，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致问题，因而被广泛采用。RS-232-C接口是目前最常用的一种串行通讯接口，而RS-485接口标准传输距离较长，且抗干扰性较好，被广泛应用到数据采集现场。
RS-232-C接口标准由于出现较早，接口的信号电平值较高，与TTL电平不兼容，故需使用电平转换电路方能与电路连接，传输距离有限等弱点。而RS-485接口标准作为一种有线传输方式，仍无法解决在安装现场布线困难的问题。
3)无线电通信随着通信技术的发展，无线电通讯被越来越多的应用到数据采集系统，尤其是远程监控系统之中。目前在远程监控系统常用的无线电通信方式有利用移动通信运营商提供网络的方式如通用无线分组业务(GPRS)、短信息业务及使用无线电收发模块两种方式。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，解决单调谐滤波器谐振点失谐、有源滤波功耗过大和其工作状态未知的问题，提供了一种降低电网谐波量且降低功耗的多功能电力调谐滤波系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多功能电力调谐滤波系统，包括滤波模块和控制系统，所述的滤波模块包括第一GPRS通讯模块、磁控电抗器、电阻和若干个可投切电容，所述的可投切电容并联，并联后的可投切电容、磁控电抗器和电阻依次连接构成单调谐滤波器，所述的滤波模块上设有电流互感器和电压互感器，所述的磁控电抗器上设有温度传感器，所述的磁控电抗器、可投切电容、电流互感器、电压互感器和温度传感器均与第一GPRS通讯模块连接，所述的控制系统包括ARM单片机、人机操作面板、第二GPRS通讯模块、第三GPRS通讯模块和后台管理服务器，所述的ARM单片机通过第二GPRS通讯模块与第一GPRS通讯模块相匹配与滤波模块连接，所述的人机操作面板与ARM单片机连接，所述的后台管理服务器上设有第四GPRS通讯模块，所述的ARM单片机通过第三GPRS通讯模块与第四GPRS通讯模块相匹配与后台管理服务器连接。
由于温度的变化、负载谐波的干扰、现场环境因素的影响，电容器自身薄膜的损伤，电抗器的铁心饱和和振动原因会使谐振点失谐，失谐就需要自动调谐去适应谐振点，需要追踪频率。并且万一谐波过重，容易与电网产生谐振，远超过单调谐滤波器本身的耐受值，需要主动使其偏斜避过系统共振。因为单调谐滤波器存在谐振频率点偏移的问题，所以单调谐滤波器在设计的时候就需要考虑到电抗器和电容器的耐久性，还需要在谐振点偏移的时候可以自行补偿调整频率的调谐功能，并且出于对电网平稳运行和设备安全的考虑，实时远程监测单调谐滤波器的工作情况也显得尤为重要。
磁控电抗器即磁阀式可控电抗器，其容量的调节主要是通过控制晶闸管导通角来实现。改变晶闸管导通角，可以改变直流励磁电流的大小，从而改变铁芯的磁饱和度主要是控制小磁阀段的磁饱和度，进而平滑地调节磁阀式可控电抗器的容量。
本系统采用了专用的电感和电容器组成串联谐振吸收回路，滤波器为单调谐串联谐振滤波器，由不饱和电感、滤波电容和无线自动调谐模块组成。该系统能够有效地将负载产生的谐波加以吸收，从而避免将谐波电流返送到电力变压器，大大降低电网的谐波量，同时有利于用户电力变压器及所有用电设备的运行，降低功耗，提高设备和其它电器组件的可靠性。
作为优选，所述的滤波模块上设有风冷系统。本系统适用0.8kV及以下的供电系统，采用一般空气自冷加风冷方式，可安装在配电柜内。采用自然冷却式，系统采用模块化设计，3次滤波模块为单相式模块，5/7/11/13次谐波都是三相一体式模块。根据测量的各次谐波电流值匹配相应的模块。
本发明还提供了一种多功能电力调谐滤波方法，具体包括如下步骤：
(1)通过电流互感器和电压互感器检测单调谐滤波器的电流值和电压值；
(2)ARM单片机通过傅里叶分解，计算得单调谐滤波器实时的各次谐波谐振点阻抗和电容值；
(3)判断是否与电网发生谐振，如果已经与电网发生谐振，则进入到步骤(5)中；如果没有与电网发生谐振，则进入到步骤(4)中；
(4)判断实时谐振点频率是否等于需求谐振点频率，如果是，则返回到步骤(2)中；如果不是，则进入到步骤(5)中；
(5)ARM单片机改变磁控电抗器的电抗值，控制可投切电容的数量，若是与电网发生谐振则改变磁控电抗器和可投切电容的值主动偏移谐振点；若不是需求谐振点频率则改变磁控电抗器和可投切电容的值调整谐振点，使得谐振点在需求的谐振点上。
本方法具有判定谐振程度，并自行补偿调整频率的调谐功能，防止滤波器的LC参数易受外界因素的影响而发生变化，导致滤波器偏离谐振状态，滤波效果变差。如果与电网发生谐振，可以主动调整电抗值和电容值，从而偏离谐振点，防止与电网谐振损坏单调谐滤波器。本方法具有电力数据远程监测功能，采集电压和通过的电流以及功率，实时监测电抗器和电容器的电压电流，发生谐振点偏移时调谐系统补偿量。
作为优选，在步骤(2)中，通过傅里叶分解计算得单调谐滤波器实时的各次谐波谐振点阻抗和电容值的具体算法如下：
其中：u为单调谐滤波器的电压；i为单调谐滤波器的电流，电压和电流的实时值分别通过电压互感器和电流互感器测量得到；
对测量得到的电压u进行谐波分解为
Figure GDA0002831721020000051
式(1)中：h为谐波次数；m为所关注的最高谐波次数；ωh＝2πhf为h次谐波角频率，其中f为工频频率，我国为50Hz；t为时间；U(h)和θu(h)分别为电压u中第h次谐波的有效值和相位角；
同理，对测量得到的电流i也进行谐波分解为
Figure GDA0002831721020000052
式(2)中：I(h)和θi(h)分别为电流i中第h次谐波的有效值和相位角；
对其进行FFT可将其中电压u和电流i的第h次谐波写为相量形式，分别为
Figure GDA0002831721020000061
可以计算出该滤波器在h次谐波下的阻抗为
Figure GDA0002831721020000062
式(4)中：Z(h)为该单调谐滤波器在h次谐波下的阻抗值；
Figure GDA0002831721020000063
为该单调谐滤波器在h次谐波下的功率因数角；
根据h次谐波下的阻抗向量可以得出
Figure GDA0002831721020000064
为了进一步求出电抗L和电容C的参数值，分别计算出该滤波器在h1和h2次谐波下阻抗的幅值及功率因数角；
Figure GDA0002831721020000065
可列出方程
Figure GDA0002831721020000066
式(7)中：h1、h2为谐波次数；ω1＝2πf×h1、ω2＝2πf×h2分别为h1、h2次谐波的角频率；可以计算出
Figure GDA0002831721020000067
Figure GDA0002831721020000071
或
Figure GDA0002831721020000072
可计算出R、L、C的值。
作为优选，在步骤(1)中，电流互感器和电压互感器将实时检测到的电流值和电压值发送给ARM单片机，ARM单片机判断是否过流和过压，并将检测结果发送给后台管理服务器，如果过流或者过压，后台管理服务器通过ARM单片机来设定单调谐滤波器的参数或者控制可投切电容对单调谐滤波器进行切断操作。本方法还具有远程操作控制功能，可以通过GPRS通讯，根据实时监测的数据，在发生故障或有异常时可以手动进行控制投切或切断设备，避免故障或事故扩大，减少损失。
作为优选，在步骤(1)中，温度传感器将实时检测到的磁控电抗器的温度值发送给ARM单片机，ARM单片机判断是否过热，并将检测结果发送给后台管理服务器，如果过热，ARM单片机启动风冷系统对单调谐滤波器进行风冷处理，后台管理服务器通过ARM单片机来设定单调谐滤波器的参数，以调整谐波点频率减少滤波的量，或者控制可投切电容对单调谐滤波器进行切断操作。在遇到过热的情况可以自主调整谐振点，启动风冷，增加容抗，减少故障。
本发明的有益效果是：大大降低电网的谐波量，降低功耗，提高设备和其它电器组件的可靠性；具有判定谐振程度，并自行补偿调整频率的调谐功能；具有电力数据远程监测功能；具有远程操作控制功能；可以自主调整谐振点，启动风冷，增加容抗，减少故障。
附图说明
图1是本发明的滤波模块的安装接线示意图；
图2是本发明的电路原理示意图；
图3是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
一种多功能电力调谐滤波系统，包括滤波模块和控制系统，滤波模块包括第一GPRS通讯模块、磁控电抗器、电阻和若干个可投切电容，可投切电容并联，并联后的可投切电容、磁控电抗器和电阻依次连接构成单调谐滤波器，滤波模块上设有电流互感器和电压互感器，磁控电抗器上设有温度传感器，磁控电抗器、可投切电容、电流互感器、电压互感器和温度传感器均与第一GPRS通讯模块连接，控制系统包括ARM单片机、人机操作面板、第二GPRS通讯模块、第三GPRS通讯模块和后台管理服务器，ARM单片机通过第二GPRS通讯模块与第一GPRS通讯模块相匹配与滤波模块连接，人机操作面板与ARM单片机连接，后台管理服务器上设有第四GPRS通讯模块，ARM单片机通过第三GPRS通讯模块与第四GPRS通讯模块相匹配与后台管理服务器连接。滤波模块上设有风冷系统。
由于温度的变化、负载谐波的干扰，现场环境因素的影响，电容器自身薄膜的损伤，电抗器的铁心饱和和振动原因会使谐振点失谐，失谐就需要自动调谐去适应谐振点，需要追踪频率。并且万一谐波过重，容易与电网产生谐振，远超过单调谐滤波器本身的耐受值，需要主动使其偏斜避过系统共振。因为单调谐滤波器存在谐振频率点偏移的问题，所以单调谐滤波器在设计的时候就需要考虑到电抗器和电容器的耐久性，还需要在谐振点偏移的时候可以自行补偿调整频率的调谐功能，并且出于对电网平稳运行和设备安全的考虑，实时远程监测单调谐滤波器的工作情况也显得尤为重要。
本系统采用了专用的电感和电容器组成串联谐振吸收回路，滤波器为单调谐串联谐振，由不饱和电感、滤波电容和无线自动调谐模块组成。该系统能够有效地将负载产生的谐波加以吸收，从而避免将谐波电流返送到电力变压器，大大降低电网的谐波量，同时有利于用户电力变压器及所有用电设备的运行，降低功耗，提高设备和其它电器组件的可靠性。本系统由滤波模块和控制系统组成，视用户负载设备要求不同，该装置配置的模块也不同。
本系统适用0.8kV及以下的供电系统，采用一般空气自冷加风冷方式，可安装在配电柜内。采用自然冷却式，装置采用模块化设计，3次滤波模块为单相式模块，5/7/11/13次谐波都是三相一体式模块，如图1所示。根据测量的各次谐波电流值匹配相应的模块。
如图2所示，滤波模块由磁控电抗器、N个可投切电容和电阻组成，通过电压互感器和电流互感器可得到该装置的电压和电流的幅值和相位，数据传入ARM单片机里进行计算。通过谐振点数据的计算可得到L、C、R，判断谐振点是否偏移，是否与电网发生谐振，并由设定好的程序自主控制电容数量的投切，调整电抗器继而调整谐振频率。采集电抗器的温度判断是否有过热现象，调整频率点减少滤波的量。这些数据会在人机操作面板上显现，同时通过GPRS通讯模块传输到后台管理服务器。
磁控电抗器即磁阀式可控电抗器，其容量的调节主要是通过控制晶闸管导通角来实现。改变晶闸管导通角，可以改变直流励磁电流的大小，从而改变铁芯的磁饱和度主要是控制小磁阀段的磁饱和度，进而平滑地调节磁阀式可控电抗器的容量。
ARM单片机采用GPRS通讯的方式实现与后台管理服务器的通信，将单调谐滤波器的电流值、电压值、电抗值、电容值、电阻值、功率、谐振点频率、相位、电抗器温度实时的发送到后台管理服务器。滤波模块与ARM单片机之间采用GPRS通讯技术将模块所采集的数据发送给ARM单片机，ARM单片机将接收到的模块数据结合ARM单片机自身的数据进行对比分析，形成最优调度指令，并将指令下发至模块，模块在接受到指令后立刻进行可控硅的调节操作。ARM单片机通过GPRS通讯方式，将模块的运行状态及参数上传至后台管理服务器，后台管理服务器可以对设备的运行参数进行设定，并可以对设备进行启停操作。当设备发生故障时，后台管理服务器可以通过短信、邮件、微信形式通知用户。
如图3所示，本发明还提供了一种多功能电力调谐滤波方法，具体包括如下步骤：
(1)通过电流互感器和电压互感器检测单调谐滤波器的电流值和电压值；
电流互感器和电压互感器将实时检测到的电流值和电压值发送给ARM单片机，ARM单片机判断是否过流和过压，并将检测结果发送给后台管理服务器，如果过流或者过压，后台管理服务器通过ARM单片机来设定单调谐滤波器的参数或者控制可投切电容对单调谐滤波器进行切断操作；
温度传感器将实时检测到的磁控电抗器的温度值发送给ARM单片机，ARM单片机判断是否过热，并将检测结果发送给后台管理服务器，如果过热，ARM单片机启动风冷系统对单调谐滤波器进行风冷处理，后台管理服务器通过ARM单片机来设定单调谐滤波器的参数，以调整谐波点频率减少滤波的量，或者控制可投切电容对单调谐滤波器进行切断操作；
(2)ARM单片机通过傅里叶分解，计算得单调谐滤波器实时的各次谐波谐振点阻抗和电容值；
通过傅里叶分解计算得单调谐滤波器实时的各次谐波谐振点阻抗和电容值的具体算法如下：
其中：u为单调谐滤波器的电压；i为单调谐滤波器的电流，电压和电流的实时值分别通过电压互感器和电流互感器测量得到；
对测量得到的电压u进行谐波分解为
Figure GDA0002831721020000111
式(1)中：h为谐波次数；m为所关注的最高谐波次数；ωh＝2πhf为h次谐波角频率，其中f为工频频率，我国为50Hz；t为时间；U(h)和θu(h)分别为电压u中第h次谐波的有效值和相位角；
同理，对测量得到的电流i也进行谐波分解为
Figure GDA0002831721020000112
式(2)中：I(h)和θi(h)分别为电流i中第h次谐波的有效值和相位角；
对其进行FFT可将其中电压u和电流i的第h次谐波写为相量形式，分别为
U(h)＝U(h)∠θu(h)
I(h)＝I(h)∠θi(h) (3)
可以计算出该滤波器在h次谐波下的阻抗为
Figure GDA0002831721020000121
式(4)中：Z(h)为该单调谐滤波器在h次谐波下的阻抗值；
Figure GDA0002831721020000122
为该单调谐滤波器在h次谐波下的功率因数角；
根据h次谐波下的阻抗向量可以得出
Figure GDA0002831721020000123
为了进一步求出电抗L和电容C的参数值，分别计算出该滤波器在h1和h2次谐波下阻抗的幅值及功率因数角；
Figure GDA0002831721020000124
Figure GDA0002831721020000125
可列出方程
Figure GDA0002831721020000126
Figure GDA0002831721020000127
式(7)中：h1、h2为谐波次数；ω1＝2πf×h1、ω2＝2πf×h2分别为h1、h2次谐波的角频率；可以计算出
Figure GDA0002831721020000128
Figure GDA0002831721020000129
或
Figure GDA00028317210200001210
可计算出R、L、C的值；
(3)判断是否与电网发生谐振，如果已经与电网发生谐振，则进入到步骤(5)中；如果没有与电网发生谐振，则进入到步骤(4)中；
(4)判断实时谐振点频率是否等于需求谐振点频率，如果是，则返回到步骤(2)中；如果不是，则进入到步骤(5)中；
(5)ARM单片机改变磁控电抗器的电抗值，控制可投切电容的数量，若是与电网发生谐振则改变磁控电抗器和可投切电容的值主动偏移谐振点；若不是需求谐振点频率则改变磁控电抗器和可投切电容的值调整谐振点，使得谐振点在需求的谐振点上。
本方法具有判定谐振程度，并自行补偿调整频率的调谐功能，防止滤波器的LC参数易受外界因素的影响而发生变化，导致滤波器偏离谐振状态，滤波效果变差。如果与电网发生谐振，可以主动调整电抗值和电容值，从而偏离谐振点，防止与电网谐振损坏单调谐滤波器。在遇到过热的情况可以自主调整谐振点，启动风冷，增加容抗，减少故障。
本方法具有电力数据远程监测功能，采集电压和通过的电流以及功率，实时监测电抗器和电容器的温度及电压电流，发生谐振点偏移时调谐系统补偿量，发生故障或有异常时发出警报并立即启动保护达到安全运行。
本方法还具有远程操作控制功能，可以通过GPRS通讯，根据实时监测的数据，在发生故障或有异常时可以手动进行控制投切或切断设备，避免故障或事故扩大，减少损失。
由于该单调谐滤波器采用较高Q值的谐振回路，滤波器对谐振频率的选择性好，使得通过滤波器的基波电流下降到10％以下，谐振回路通过谐振频率的谐波能达到85％以上，导致了滤波效率高达85％，滤波成本大大降低。该系统不使用大量的易损电子器件，故障率大大降低，使用寿命5年以上，完全免维护，安全节能。其响应速度达到微秒级≤20ms，通过调节电容值和电抗值调整单调谐滤波器的频率到谐振点，不需要对单调谐滤波器进行改造，能够在不影响单调谐滤波器场滤波功能的同时，对各元件参数的实时数值进行精确监测，检测本系统的温度和节能效果，如果有过热或失谐现象，立刻启动风冷增加容抗，对本系统安全再次判断及切断电源，制动保护。

Claims (3)

1.一种多功能电力调谐滤波系统，其特征是，包括滤波模块和控制系统，所述的滤波模块包括第一GPRS通讯模块、磁控电抗器、电阻和若干个可投切电容，所述的可投切电容并联，并联后的可投切电容、磁控电抗器和电阻依次连接构成单调谐滤波器，所述的滤波模块上设有电流互感器和电压互感器，所述的磁控电抗器上设有温度传感器，所述的磁控电抗器、可投切电容、电流互感器、电压互感器和温度传感器均与第一GPRS通讯模块连接，所述的控制系统包括ARM单片机、人机操作面板、第二GPRS通讯模块、第三GPRS通讯模块和后台管理服务器，所述的ARM单片机通过第二GPRS通讯模块与第一GPRS通讯模块相匹配与滤波模块连接，所述的人机操作面板与ARM单片机连接，所述的后台管理服务器上设有第四GPRS通讯模块，所述的ARM单片机通过第三GPRS通讯模块与第四GPRS通讯模块相匹配与后台管理服务器连接，所述的滤波模块上设有风冷系统，并采用如下方法，具体包括如下步骤：
(1)通过电流互感器和电压互感器检测单调谐滤波器的电流值和电压值；
(2)ARM单片机通过傅里叶分解，计算得单调谐滤波器实时的各次谐波谐振点阻抗和电容值；
(3)判断是否与电网发生谐振，如果已经与电网发生谐振，则进入到步骤(5)中；如果没有与电网发生谐振，则进入到步骤(4)中；
(4)判断实时谐振点频率是否等于需求谐振点频率，如果是，则返回到步骤(2)中；如果不是，则进入到步骤(5)中；
(5)ARM单片机改变磁控电抗器的电抗值，控制可投切电容的数量，若是与电网发生谐振则改变磁控电抗器和可投切电容的值主动偏移谐振点；若不是需求谐振点频率则改变磁控电抗器和可投切电容的值调整谐振点，使得谐振点在需求的谐振点上；
在步骤(2)中，通过傅里叶分解计算得单调谐滤波器实时的各次谐波谐振点阻抗和电容值的具体算法如下：
其中：u为单调谐滤波器的电压；i为单调谐滤波器的电流，电压和电流的实时值分别通过电压互感器和电流互感器测量得到；
对测量得到的电压u进行谐波分解为
Figure FDA0002831721010000021
式(1)中：h为谐波次数；m为所关注的最高谐波次数；ωh＝2πhf为h次谐波角频率，其中f为工频频率，我国为50Hz；t为时间；U(h)和θu(h)分别为电压u中第h次谐波的有效值和相位角；
同理，对测量得到的电流i也进行谐波分解为
Figure FDA0002831721010000022
式(2)中：I(h)和θi(h)分别为电流i中第h次谐波的有效值和相位角；
对其进行FFT可将其中电压u和电流i的第h次谐波写为相量形式，分别为
Figure FDA0002831721010000023
可以计算出该滤波器在h次谐波下的阻抗为
Figure FDA0002831721010000024
式(4)中：Z(h)为该单调谐滤波器在h次谐波下的阻抗值；
Figure FDA0002831721010000025
为该单调谐滤波器在h次谐波下的功率因数角；
根据h次谐波下的阻抗向量可以得出
Figure FDA0002831721010000031
为了进一步求出电抗L和电容C的参数值，分别计算出该滤波器在h1和h2次谐波下阻抗的幅值及功率因数角；
Figure FDA0002831721010000032
可列出方程
Figure FDA0002831721010000033
式(7)中：h1、h2为谐波次数；ω1＝2πf×h1、ω2＝2πf×h2分别为h1、h2次谐波的角频率；可以计算出
Figure FDA0002831721010000034
Figure FDA0002831721010000035
或
Figure FDA0002831721010000036
可计算出R、L、C的值。
2.根据权利要求1所述的一种多功能电力调谐滤波系统，其特征是，在步骤(1)中，电流互感器和电压互感器将实时检测到的电流值和电压值发送给ARM单片机，ARM单片机判断是否过流和过压，并将检测结果发送给后台管理服务器，如果过流或者过压，后台管理服务器通过ARM单片机来设定单调谐滤波器的参数或者控制可投切电容对单调谐滤波器进行切断操作。
3.根据权利要求1所述的一种多功能电力调谐滤波系统，其特征是，在步骤(1)中，温度传感器将实时检测到的磁控电抗器的温度值发送给ARM单片机，ARM单片机判断是否过热，并将检测结果发送给后台管理服务器，如果过热，ARM单片机启动风冷系统对单调谐滤波器进行风冷处理，后台管理服务器通过ARM单片机来设定单调谐滤波器的参数，以调整谐波点频率减少滤波的量，或者控制可投切电容对单调谐滤波器进行切断操作。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110729734B (zh) * 2019-11-26 2024-04-12 无锡市电力滤波有限公司 一种高压电力滤波装置的谐振点调试回路及调试方法
CN111082448B (zh) * 2019-12-31 2021-08-31 全球能源互联网研究院有限公司 双调谐滤波器控制方法、双调滤波器及直流输电系统
CN111505966B (zh) * 2020-03-17 2024-04-16 洛阳和远控制系统有限公司 一种生产板带材的电气控制方法和装置
CN112467880B (zh) * 2020-11-19 2023-01-31 西安热工研究院有限公司 一种黑启动送出线路首端最大升压限制装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001035509A1 (en) * 1999-11-08 2001-05-17 Otis Elevator Company Active filtering of ac/dc switched converter
CN201134672Y (zh) * 2007-11-19 2008-10-15 南通现代电力科技有限公司 基于主副电力电容器的可调谐低压电力滤波支路
CN103675445A (zh) * 2013-12-17 2014-03-26 国家电网公司 具有高压谐波测量功能的电容式电压互感器及测量方法
CN103825276A (zh) * 2014-03-14 2014-05-28 武汉理工大学 复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法
CN204243758U (zh) * 2014-10-29 2015-04-01 国网辽宁省电力有限公司朝阳供电公司 基于可控电抗器的双调谐滤波器
CN106953326A (zh) * 2017-05-04 2017-07-14 哈尔滨工业大学 一种适用于一类冲击性负载的混合谐波抑制技术
CN109361222A (zh) * 2018-09-14 2019-02-19 江苏斯菲尔电气股份有限公司 混合式无功补偿控制系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103124071A (zh) * 2011-11-18 2013-05-29 北京赤那思电气技术有限公司 可在线监测的智能高压无功补偿装置
CN108039729B (zh) * 2017-12-21 2020-05-01 合肥工业大学 弱电网下基于模式自适应的多逆变器系统稳定控制方法
CN108649588A (zh) * 2018-06-25 2018-10-12 湖北工业大学 一种通讯式智能无功补偿综合治理装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001035509A1 (en) * 1999-11-08 2001-05-17 Otis Elevator Company Active filtering of ac/dc switched converter
CN201134672Y (zh) * 2007-11-19 2008-10-15 南通现代电力科技有限公司 基于主副电力电容器的可调谐低压电力滤波支路
CN103675445A (zh) * 2013-12-17 2014-03-26 国家电网公司 具有高压谐波测量功能的电容式电压互感器及测量方法
CN103825276A (zh) * 2014-03-14 2014-05-28 武汉理工大学 复合电力负载动态谐波滤波器的协调控制方法
CN204243758U (zh) * 2014-10-29 2015-04-01 国网辽宁省电力有限公司朝阳供电公司 基于可控电抗器的双调谐滤波器
CN106953326A (zh) * 2017-05-04 2017-07-14 哈尔滨工业大学 一种适用于一类冲击性负载的混合谐波抑制技术
CN109361222A (zh) * 2018-09-14 2019-02-19 江苏斯菲尔电气股份有限公司 混合式无功补偿控制系统

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