CN202550555U - 失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器 - Google Patents

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李红涛
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Abstract

本实用新型提供了一种失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器,包括补偿装置(4),滤波装置(5),智能型无功补偿及滤波控制器(2),补偿装置(4)和滤波装置(5)并联在配电母线上,智能型无功补偿及滤波控制器(2)一端通过控制电缆连接在配电母线上,一端与补偿装置(4)和滤波装置(5)相连接。在配电系统负载变化较大或功率因数比较高的工况中,解决系统无功补偿不足的问题,当系统无功功率达到调谐滤波支路产生的基波无功功率时,系统会切除已经投入的失谐补偿支路,投入调谐滤波支路,此时滤波和无功补偿的达到预期的设计目的,保护用电设备的安全和并提高电能质量。

Description

失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及中低压配电技术领域,更具体地说,本实用新型涉及一种失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器。
背景技术
[0002] 在现代工业企业和运输部门以及日常生活中,广泛使用的电弧和接触焊设备、矿热炉、硅铁炉、中频炉等使得非线性电力负荷在大量增加,此外,工业中大量使用变频调速装置,电气化铁路中采用交流单相整流供电的机车,高压大容量直流输电中的换流站,家用电器等等已成为电网中一个重要非线性负荷,从而产生大量谐波,影响用电设备的安全和电能质量。谐波可能引发电容器与系统感抗的谐振,引起严重谐波电压、电流畸变,影响电网安全运行,国际上公认谐波“污染”是电网的公害,必须采取措施加以限制。 [0003]目前,电力系统的交流滤波装置分为有源滤波和无源滤波两种。其中广泛采用的为无源滤波器,其结构简单、技术可靠、应用较为广泛。无源滤波器,又称LC滤波器,是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路,可滤除某一次或多次谐波,最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联,可对主要次谐波(3、5、7)构成低阻抗旁路;单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
[0004] 由于无源滤波器每个支路滤除固定次数的谐波,所以滤波支路的设计与系统的负荷、谐波大小密切相关,其滤波安全性和补偿效果会随着负载的变化而变化。
[0005] 在无源滤波的方案设计中,一般会根据固定次谐波的电流最大值来确定滤波支路的参数,否则会因为支路电流过载而损坏滤波支路,充分考虑滤波支路的安全性。但由此则引出新的问题,在滤波方案的设计中,由于要兼顾无功功率补偿的功能,而滤波支路设计容量过大,在系统负载变化较大或功率因数比较高的工况中,会造成发生无功补偿不理想或滤波达不到预期效果的情况。例如:普通无源调谐滤波器在系统负载变化较大或功率因数比较高的工况中,会导致以下情况发生:
[0006] I、调谐滤波器支路容量过大,无功功率补偿不及时造成功率因数低,损耗大量无功,广生力率电费罚款;
[0007] 2、无源调谐滤波器在控制策略上以无功功率为判据,为避免无功过补,在无功功率不满足的条件下,滤波支路无法投入运行,滤波器产生不了预定设计效果。
发明内容
[0008] 本发明针对上述背景技术中所述的不足,我们设计了一种失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波设计方案,包括补偿装置,滤波装置,智能型无功补偿及滤波控制器,补偿装置和滤波装置并联在配电母线上,智能型无功补偿及滤波控制器一端通过控制电缆连接在配电母线上,一端与补偿装置和滤波装置相连接,所述失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器的滤波装置包括:单调谐滤波电路、双调谐滤波电路、高通滤波电路中之一或者其组合,各滤波电路并联,所述失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器的补偿装置包括N组失谐补偿电路,N ^ 1,各失谐补偿电路并联。
[0009] 进一步地,所述失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器的智能型无功补偿及滤波控制器包括过压和过流保护电路。所述失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器中,各电路分合开关是晶闸管。
[0010] 更进一步地,所述的失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器的最低次谐波频率<最低次谐波频率的90%。
[0011 ] 在系统负载变化较大或功率因数比较高的工况中,本设计方案与以往技术相比有以下有益效果:
[0012] I、在系统无功功率达不到调谐滤波支路产生基波无功功率时,可投入小容量的失谐补偿支路,此时会解决系统无功补偿不足的问题; [0013] 2、同时,由于失谐补偿支路在一定程度上也可滤除部分谐波(滤波效果不如滤波支路),但对谐波产生的电能质量问题仍有不小的提高;
[0014] 3、当系统无功功率达到调谐滤波支路产生的基波无功功率时,系统会切除已经投入的失谐补偿支路,投入调谐滤波支路,此时滤波和无功补偿的达到预期的设计目的,理论效果最好。
附图说明
[0015] 图I失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器电路图
[0016] 图2失谐补偿装置
[0017] 图3多调谐滤波装置
[0018] 其中:1变压器2控制器3用户4补偿装置5滤波装置6晶闸管具体实施方式
[0019] 失谐补偿与无源滤波支路的区别:失谐补偿相当于失谐滤波器,它的调谐频率比有相当大电压(电流)幅值的最低次谐波频率还要小过10%多。以5次谐波为例,其频率为250Hz,小过10%即为225Hz,因此失谐滤波器中的电抗值与电容量之比应大于4%/0. 81,即> 5%。而对于通用意义上的无源滤波而言,它的调谐频率偏离于被过滤的频率不得大于10%。因此对5次谐波而言,它的相对电抗值(或电抗率)X%应为4% < X% < 5%。简单来说,失谐补偿和调谐滤波在滤波效果上有所区别,调谐频率离固定谐波频率越近,滤波效果越好,反之则越差。
[0020] 因此,本设计将上述两种调谐方法相结合,在无源调谐滤波的基础上增加一定数量的单组容量较小的失谐补偿支路,就能有效解决上述产生的问题。包括补偿装置4,滤波装置5,智能型无功补偿及滤波控制器2,如图I所示,补偿电路4和滤波装置5并联在配电母线上,智能型无功补偿及滤波控制器2 —端通过控制电缆连接在配电母线上,一端与补偿装置4和滤波装置5相连接,智能型无功补偿及滤波控制器第1-3路输出依次控制滤波装置5的5、7、11次调谐滤波支路,4-12路输出则控制补偿装置4的失谐补偿支路,调谐滤波支路和失谐补偿支路数量可以自行整定。调谐滤波支路为先投后切逻辑,即高次滤波支路必须在低次支路投入之后方能投入。而切除时则相反,必须在高次支路切除之后才能切除低次滤波支路。失谐补偿支路则为循环投切逻辑,先投先切。智能型无功补偿及滤波控制器以无功功率为控制判据,当系统无功功率不满足投入滤波支路时,顺序投入失谐补偿支路。当系统无功总量含失谐补偿支路已补偿基波容量满足调谐滤波支路的基波补偿容量时,切除失谐补偿支路,同时投入调谐滤波支路。电容器支路切除时,若无功过补或高于功率因数上限,则优先切除失谐支路、高次调谐滤波支路。
[0021] 同时,智能型无功补偿及滤波控制器2有采压功能,当配电线中过压时,自动切断支路。
[0022] 具体实施方式I :
[0023] 系统中谐波源为6脉波整流装置,主要产生5、7次谐波,普通无源滤波方案设计为5次单调谐滤波器和7次单调谐滤波器各一组。安装容量分别为200kVar和150kVar,调谐频率点分别为243Hz和340Hz,谐波滤除率为80%左右,基波补偿容量120kVar和lOOkVar。另加调谐补偿支路15kVar两组,30kVar 一组和60kVar —组,共120kVar,电抗率6%,调谐频率204Hz。
[0024] 在系统无功功率<120kVar时,由于投入滤波支路会过补偿,此时会根据具体的无功功率,智能型无功补偿及滤波控制器投入四个失谐补偿支路的一组或多组进行补偿,避免无功损耗的同时也较大程度的滤除了部分谐波。此时,失谐补偿支路频率点远离5次谐振点,保证了系统的安全。
[0025] 同理,在无功功率120kVar〈Q〈220kVar时,投入5次滤波支路,同时,智能型无功补偿及滤波控制器也会根据具体的无功功率,投入四个失谐补偿支路的一组或多组进行补
\-ZX O
[0026] 在系统无功功率>220kVar时,切除失谐补偿支路投入7次滤波支路,此时,滤波效果与设计时充分吻合。
[0027] 设计方案前需对谐波源进行测量,确定具有一定幅值的固定次谐波5次、7次、11次等作为滤波设计的依据。
[0028] 通过仿真软件进行无源滤波方案设计,根据谐波幅值和分布可设计成单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器,设计中调谐频率点与典型谐波靠近,形成低阻抗滤波回路,但同时要考虑避免由于设计、生产工艺误差发生串联谐振,还需考虑滤波支路的过载能力。
[0029] 根据需滤除的最低次谐波频率设计失谐补偿回路,容量约等于最大的滤波支路容量,失谐频率<最低次谐波频率的90%,级差越小补偿效果越好,充分考虑引入部分谐波电流后的过载能力。
[0030] 本发明使用晶闸管开关进行电容器分合控制,电压过零投入,电流过零切除,避免分合时涌流,增加元器件使用寿命。更进一步地,智能型无功补偿及滤波控制器2包括过压和过流保护电路,过流通过融断器控制,智能型无功补偿及滤波控制器2有采压功能,当配电线中过压时,自动切断支路。
[0031] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (4)

1. 一种失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器,包括补偿装置(4),滤波装置(5),智能型无功补偿及滤波控制器(2),其特征在于:补偿装置(4)和滤波装置(5)并联在配电母线上,智能型无功补偿及滤波控制器(2)—端通过控制电缆连接在配电母线上,一端与补偿装置(4)和滤波装置(5)相连接,所述滤波装置(5)包括:单调谐滤波电路、双调谐滤波电路、高通滤波电路中之一或者其组合,各滤波电路并联,所述补偿装置(4)包括N组失谐补偿电路,N ^ 1,各失谐补偿电路并联。
2.根据权利要求I所述的失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器,其特征在于:智能型无功补偿及滤波控制器(2 )包括过压和过流保护电路。
3.根据权利要求I所述的失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器,其特征在干:电路所有分合开关是晶闸管(6 )。
4.根据权利要求I所述的失谐补偿和调谐滤波相结合的无源滤波器,其特征在于:最低次谐波频率<最低次谐波频率的90%。
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