CN202167852U - 电感参数可调式无源滤波装置 - Google Patents
电感参数可调式无源滤波装置 Download PDFInfo
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- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
Abstract
本实用新型公开了一种滤波装置，旨在提供一种既要把谐波消除到国家标准以内，又要把功率因数补到0.9以上且不出现过补现象，从而不出现无功倒送的电感参数可调式无源滤波装置。所述电感参数可调式无源滤波装置装置在供电网络设备中，它包括若干个交流开关模块、可控饱和电抗器、JKG-PF无功补偿控制器、若干个JKG-LB谐波滤波控制器，所述每个交流开关模块主电路串联在电源与一路对应负载电路中，所述JKG-LB谐波滤波控制器与所述交流开关模块的数量相匹配，所述JKG-PF无功补偿控制器和JKG-LB谐波滤波控制器均包括有PIC单片机作为控制器的核心电路。本实用新型可广泛应用于供电系统设备建设领域。
Description
电感参数可调式无源滤波装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及滤波装置，尤其涉及一种电感参数可调式无源滤波装置。 背景技术
[0002] 电力系统的谐波问题早在20世纪20、30年代就引起了人们的注意。当时在德国， 由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J. C. Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。当时提出的谐波治理方法是基于LC串联谐振原理的无源滤波器。20世纪50年代无源滤波器的理论和产品应用都已比较成熟，但在实际应用中存在技术缺陷。主要缺点是：1)滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调；2)在某些条件下，滤波器和系统之间可能会发生并联谐振或者串联谐振，引发事故；3) 滤波补偿特性受电网阻抗的影响较大。
[0003] 20世纪70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，大量具有非线性特征的电力设备如电力机车、电弧炉、变频、变波设备等投入电网运行，谐波所造成的危害日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，世界各国开始对谐波问题予以高度的关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为 70年代以后的主攻方向。
[0004] 20世纪70年代初，国外开始研发有源滤波器，并于1976年由美国西屋公司研制成功。有源滤波器是用电力电子元件产生一个大小相等，但方向相反的谐波电流，用以抵消非线性负荷所产生的谐波电流的能动式滤波装置。它可以对大小和频率都变化的谐波进行实时补偿，且补偿特性不受系统阻抗影响。有源滤波装置由于受到电力电子元件耐压，额定电流的发展限制，容量难以做大，而且控制复杂，成本极高，其使用寿命相较无源滤波器为短。 而且如果负荷的功率因数不高的情况下，还要加装无功补偿设备。虽然随着电力电子器件的快速发展，有源滤波器成为抑制谐波的主要发展方向，但因为有源滤波器的故障容易引发系统故障，因此各国对此技术还持一定的谨慎态度。
[0005] 受到有源滤波器较高成本的限制，1986年组合式滤波器(无源滤波器为主，有源滤波器为辅）作为过渡产品出现了。目前，组合式滤波器因其优异的性价比，在国外市场的应用成了主流。
[0006] 我国广泛使用滤波器是50年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已纳入国际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。从国内外电力滤波器的发展经历来看，国内的理论研究和产品研制水平均比国外落后13-15年左右，国内电力滤波器的商业应用也相应滞后，我国的电力滤波器市场还有较大的发展空间。
[0007] 国内有源滤波器的研制始于20世纪80年代中期，到90年代才获得长足的发展，1989年华北电力科学研究所研制出中国第一台有源滤波器。此外，清华大学，西安交通大学等高校也陆续有新产品通过试制。目前国内虽然也有一些厂家生产有源电力滤波器，但在技术上真正能实现谐波补偿电流响应时间20ms的很少，有源滤波器市场基本上被ABB和诺基亚等国外厂家所控制。
[0008] 尽管有源电力滤波器有着无源滤波器所不具备的巨大技术优势，但目前要想在电力系统中完全取代无源滤波器还不太现实。这是因为与无源滤波器相比较，有源电力滤波器的成本较高，它还难以为电力电子装置的生产厂家以及谐波源电力用户所自愿推广应用。实际工程应用中大多数仍然采用技术较为成熟的无源滤波器，相对来说价格便宜，容易实现。
[0009] 因此，国内有源滤波器的技术和产品还不完善，应用时机也不成熟。无源滤波技术是适应目前电网变化的最常用、最经济的解决方案。推广无源滤波技术可以从根本上提高低压电网的稳定性和可靠性，从用户需求角度出发，对已有谐波治理的技术手段进行深入地分析，改进和突破，开发出更加可靠和更具优良性价比的装置和技术是目前谐波治理技术发展的重点之一。
[0010] 电力无源滤波装置采用的电容器、电抗器相对便宜用户可以接受，可以针对用户谐波源超标谐波次数“对症下药”，不像有源滤波那样“下拦河网”。对于只有某一次谐波严重超标的用户，无源滤波装置的滤波效果就比有源滤波装置的滤波效果好得多。
[0011] 但现有技术中无源滤波装置经常出现的问题是：有时候要把谐波削到国家标准以内，则功率因数过补，无功倒送；有时候要使无功不过补(功率因数在0. 91〜0. 999之间)， 则谐波削不到国家标准以内。这两者较难统一协调。
实用新型内容
[0012] 本实用新型所要解决的问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种既要把谐波消除到国家标准以内，又要把功率因数补到0.9以上且不出现过补现象，从而不出现无功倒送的电感参数可调式无源滤波装置。
[0013] 本实用新型的技术方案是：本实用新型包括一个或多个断路器、一个或多个电容器、一个或多个电抗器、一个或多个熔断器、一个或多个避雷器、一个或多个隔离开关，所述电感参数可调式无源滤波装置设置在供电网络设备中，它还包括一个或多个交流开关模块、可控饱和电抗器、JKG-PF无功补偿控制器、一个或多个JKG-LB谐波滤波控制器，所述每个交流开关模块主电路串联在电源与一路对应负载电路中，该路负载电路中串联着所述电容器和所述电抗器，所述JKG-LB谐波滤波控制器与所述交流开关模块的数量相匹配，所述 JKG-LB谐波滤波控制器与所述交流开关模块的控制极对应电连接并适时控制所述交流开关模块的通断，所述可控饱和电抗器的一次绕组串联在电源与一路对应负载电路中，所述 JKG-PF无功补偿控制器与所述可控饱和电抗器的二次绕组电连接，所述JKG-PF无功补偿控制器控制和改变所述可控饱和电抗器的电感值。
[0014] 所述一个或多个JKG-PF无功补偿控制器和所述JKG-LB谐波滤波控制器均包括有 PIC单片机作为控制器的核心电路。
[0015] 所述一个或多个交流开关模块中的交流开关模块主电路的输入端通过一个或多个熔断器中的熔断器、一个或多个断路器中的断路器、一个或多个隔离开关中的隔离开关依次串联连接供电源，所述断路器与所述隔离开关的串联接点上连接着一个或多个避雷器中的避雷器，所述交流开关模块主电路的输出端通过一个或多个电容器中的电容器、一个或多个电抗器中的电抗器依次串联连接含有5次谐波负载。
[0016] 所述一个或多个交流开关模块中的交流开关模块主电路的输入端通过一个或多个熔断器中的熔断器、一个或多个断路器中的断路器、一个或多个隔离开关中的隔离开关依次串联连接供电源，所述断路器与所述隔离开关的串联接点上连接着一个或多个避雷器中的避雷器，所述交流开关模块主电路的输出端通过一个或多个电容器中的电容器、一个或多个电抗器中的电抗器依次串联连接含有7次谐波负载，所述电抗器两端并联电阻器。
[0017] 本实用新型的有益效果是：由于本实用新型包括一个或多个断路器、一个或多个电容器、一个或多个电抗器、一个或多个熔断器、一个或多个避雷器、一个或多个隔离开关， 所述电感参数可调式无源滤波装置设置在供电网络设备中，它还包括一个或多个交流开关模块、可控饱和电抗器、JKG-PF无功补偿控制器、一个或多个JKG-LB谐波滤波控制器，所述每个交流开关模块主电路串联在电源与一路对应负载电路中，该路负载电路中串联着所述电容器和所述电抗器，所述JKG-LB谐波滤波控制器与所述交流开关模块的数量相匹配，所述JKG-LB谐波滤波控制器与所述交流开关模块的控制极对应电连接并适时控制所述交流开关模块的通断，所述可控饱和电抗器的一次绕组串联在电源与一路对应负载电路中，所述JKG-PF无功补偿控制器与所述可控饱和电抗器的二次绕组电连接，所述JKG-PF无功补偿控制器控制和改变所述可控饱和电抗器的电感值；所述一个或多个JKG-PF智能控制器和JKG-LB谐波滤波控制器均包括有PIC单片机作为控制器的核心电路；所以，本实用新型通过一种新的产品设计方案提高了用于谐波治理的无源滤波装置的性能，克服了现有通用无源滤波器的一些缺点，从而扩大其实用性；本实用新型是静止无功补偿技术和谐波滤波补偿技术结合在一起的新产品，是一种应用创新：利用静止无功补偿装置（SVC)的自饱和电抗器型式（SR)减小谐波并补偿感性无功；利用无源滤波装置（PPF)的单调谐滤波型式消除谐波并补偿容性无功。从而既把谐波消除到国家标准以内，又把功率因数补到0. 9〜 0. 9999之内，即既不欠补又不过补。保证了既不出现过补现象，又不出现无功倒送。适用于钢铁、冶炼、制糖等谐波含量大，自然功率因数高的企业。
附图说明
[0018] 图1是本实用新型系统电路结构示意图；
[0019] 图2是所述谐波滤波控制器的控制系统框图；
[0020] 图3是所述可控饱和电抗器的主电路图；
[0021] 图4是所述可控饱和电抗器控制系统原理图。
具体实施方式
[0022] 如图1所示，在本实施例中，本实用新型包括多个断路器、多个电容器、多个电抗器、多个熔断器、多个避雷器、多个隔离开关，本实用新型设置在供电网络设备中。本实用新型还包括多个交流开关模块、可控饱和电抗器、JKG-PF无功补偿控制器、多个JKG-LB谐波滤波控制器，所述每个交流开关模块主电路串联在电源与一路对应负载电路中，该路负载电路中串联着所述电容器和所述电抗器，所述JKG-LB谐波滤波控制器与所述交流开关模块的数量相匹配，所述JKG-LB谐波滤波控制器与所述交流开关模块的控制极对应电连接并适时控制所述交流开关模块的通断，所述可控饱和电抗器的一次绕组串联在电源与一路对应负载电路中，所述JKG-PF无功补偿控制器与所述可控饱和电抗器的二次绕组电连接， 所述JKG-PF无功补偿控制器控制和改变所述可控饱和电抗器的电感值。
[0023] 所述JKG-PF无功补偿控制器和所述JKG-LB谐波滤波控制器均包括有PIC单片机作为控制器的核心电路。
[0024] 如图1、图2、图3、图4所示，当负载含有5次谐波时，所述交流开关模块KG5主电路的输入端通过所述熔断器RD5、所述断路器QF5、隔离开关依次串联连接供电源，所述断路器QF5与所述隔离开关的串联接点上连接着一个避雷器BL，所述交流开关模块KG5主电路的输出端通过电容器C5、所述电抗器L5依次串联连接所述含有5次谐波的负载。
[0025] 当负载含有7次高通谐波时，所述交流开关模块KG7主电路的输入端通过所述熔断器RD7、所述断路器QF7、隔离开关依次串联连接供电源，所述断路器QF7与所述隔离开关的串联接点上连接着一个避雷器BL，所述交流开关模块KG7主电路的输出端通过所述电容器C7、所述电抗器L7依次串联连接所述含有7次谐波的负载，所述电抗器L7两端并联电阻器R7。
[0026] 此外，其他的高次谐波也能利用本实用新型进行滤除。
[0027] 本实用新型具体创新点体现在：
[0028] 1)采用可控饱和电抗器（SR)来解决自然功率因数过高、电压过高和单调谐滤波器在这种工况下不可以削谐、功率因数两全时的问题（因为设计时决定滤除某次谐波的单调谐谐波滤波器，电抗器就根据谐振次数成定值，不能再调节，否则就不能滤除某次谐波， 甚至将某次谐波放大)，从而解决了用户虽然谐波含量严重超标而不能投入滤波器的难点 (因投入滤波器后会出现过补，无功倒送，电压更高)。
[0029] 2)可控饱和电抗器主电路运用了有源电力滤波器（APF)的主电路原理。有源电力滤波器主电路输出的是与用户谐波电流大小相等、极性相反的谐波电流，去抵消用户谐波源的谐波电流；可控饱和电抗器主电路输出的是可控直流电流，去调节可控饱和电抗器交流绕组的电感。
[0030] 电力系统中，可控饱和电抗器是静止无功补偿装置的一种型式（SR)，它具有以下特点：①输出连续的感性无功；②限制过电压能力很好；③自生谐波量小；④吸收谐波能力好；⑤运行维护简单⑥噪声大⑦控制灵活性差。本装置利用了它既吸收谐波、又补偿无功 (感性）的特点。
[0031] 市场上现有的无源滤波器是采用减少无源滤波器电容量的方法来限制功率因数的提升，但容量过小谐波削不到国家标准以内；容量大一点谐波消除到国家标准以内，但无功又过补，出现无功倒送。这就是无源滤波器在高功率因数场合下，单调谐滤波器削谐、功率因数不可两全的问题。
[0032] 任何事物都具有两面性，本项目创新在于把静止无功补偿装置和无源谐波滤波装置结合在一起，相互取长补短，达到既把谐波消除到国家标准以内，又把功率因数补到0.9 至0. 99之间的目的。合理地采用可控饱和电抗器，调节电抗器的电感值，使感性电流可控， 感性无功可控，输出感性无功与单调谐无源滤波器输出容性无功相抵消，在用户高功率因数的情况下削谐不出现无功过补、不无功倒送。解决了单调谐无源滤波器和高通无源滤波
6器无法解决的三个难点：①滤波要求和无功补偿、调压要求在某种场合下难以协调；②在某些条件下，滤波器和系统之间可能会发生并联谐振或者串联谐振，引发事故；③滤波补偿特性受电网阻抗的影响较大。
[0033] 3)自行针对性研制的智能控制器能够自动跟踪感性无功的需要而调节可控饱和电抗器的直流，去控制可控饱和电抗器交流绕组的感抗值。控制器中采用内置功能极强的 PIC单片机作为控制器的核心电路，改变了控制系统的结构，从一般的时序控制进入功能控制，简化了硬件电路。采用现场测得的无功或功率因数，经PIC单片机的运算控制可控硅的导通角。PIC单片机的运用使控制系统抗干扰能力、抗谐波能力、稳定性和工作可靠性大大提尚。
Claims (4)
1. 一种电感参数可调式无源滤波装置，包括一个或多个断路器、一个或多个电容器、一个或多个电抗器、一个或多个熔断器、一个或多个避雷器、一个或多个隔离开关，所述电感参数可调式无源滤波装置设置在供电网络设备中，其特征在于：它还包括一个或多个交流开关模块、可控饱和电抗器、JKG-PF无功补偿控制器、一个或多个JKG-LB谐波滤波控制器， 所述每个交流开关模块主电路串联在电源与一路对应负载电路中，该路负载电路中串联着所述电容器和所述电抗器，所述JKG-LB谐波滤波控制器与所述交流开关模块的数量相匹配，所述JKG-LB谐波滤波控制器与所述交流开关模块的控制极对应电连接并适时控制所述交流开关模块的通断，所述可控饱和电抗器的一次绕组串联在电源与一路对应负载电路中，所述JKG-PF无功补偿控制器与所述可控饱和电抗器的二次绕组电连接，所述JKG-PF无功补偿控制器控制和改变所述可控饱和电抗器的电感值。
2.根据权利要求1所述的电感参数可调式无源滤波装置，其特征在于：所述一个或多个JKG-PF无功补偿控制器和所述JKG-LB谐波滤波控制器均包括有PIC单片机作为控制器的核心电路。
3.根据权利要求1所述的电感参数可调式无源滤波装置，其特征在于：所述一个或多个交流开关模块中的交流开关模块（KG5)主电路的输入端通过一个或多个熔断器中的熔断器（RD5)、一个或多个断路器中的断路器（QF5)、一个或多个隔离开关中的隔离开关依次串联连接供电源，所述断路器（QF5)与所述隔离开关的串联接点上连接着一个或多个避雷器中的避雷器（BL)，所述交流开关模块（KG5)主电路的输出端通过一个或多个电容器中的电容器（C5)、一个或多个电抗器中的电抗器（L5)依次串联连接含有5次谐波负载。
4.根据权利要求1所述的电感参数可调式无源滤波装置，其特征在于：所述一个或多个交流开关模块中的交流开关模块（KG7)主电路的输入端通过一个或多个熔断器中的熔断器（RD7)、一个或多个断路器中的断路器（QF7)、一个或多个隔离开关中的隔离开关依次串联连接供电源，所述断路器（QF7)与所述隔离开关的串联接点上连接着一个或多个避雷器中的避雷器，所述交流开关模块（KG7)主电路的输出端通过一个或多个电容器中的电容器（C7)、一个或多个电抗器中的电抗器（L7)依次串联连接含有7次谐波负载，所述电抗器 (L7)两端并联电阻器（R7)。
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