CN206148945U - 一种智能动态滤波功率因数控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能动态滤波功率因数控制器，包括功率因数调节部分、信号检测及控制部分以及有源动态滤波补偿部分，其工作原理为：监测到的电力系统电流电压信息经处理后被传递给主控制模块，主控制模块经处理后计算出需要补偿的无功补偿需量和补偿电流，发出相应的指令控制电容器组和电流补偿发生器进行相应的补偿，补偿后结果同时反馈回主控制模块以便适时做出调整。

Description

一种智能动态滤波功率因数控制器

技术领域

本实用新型属于电气设备技术领域，具体涉及一种智能动态滤波功率因数控制器。

背景技术

在电气设备中，负载设备从电网中吸收电功率(有功)作为电源，或将其转换为另一种形式的能量，或将其转换为机械输出。为此，感性负载通常必须从电网取得非实际所需的无功能量。该能量即使不能立即被转换为其它形式的能量，也将增大在电网中流动的总功率。若要降低该类负效应带来的危害，则需在电气设备中进行功率因数校正。通常使用电容器组进行功率因数校正，在现场提供无功能量以满足传输有功功率的需求。

随着社会的进步，照明系统、空调系统、电梯、计算机、UPS系统、整流器、逆变器、变频器、变频电机等非线性负载的大量应用，基波电流发生畸变产生谐波。而谐波污染严重时，不仅会造成经济损失，还会带来很多问题，如设备故障率高、设备使用寿命下降、生产率低、系统安全性下降及一些很难查找出原因的问题。若要降低该类负效应带来的危害，则需在电气设备中进行滤波。通过使用有源动态滤波器，生成与电网谐波电流幅值相等，极性相反的电流，对谐波进行补偿或抵消，达到主动消除电力谐波的目的。

电网中的非线性负载(包括电动机、变压器等)大部分属于感性电抗，在运行过程中需要同时向这些设备提供相应的无功功率和谐波滤波。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有电网运行时中需进行功率因数校正、消除谐波等问题，提供一种智能动态滤波功率因数控制器，该功率因数控制器可同步显示并调节电网中的功率因数和谐波，其技术方案如下：

一种智能动态滤波功率因数控制器，包括功率因数调节部分、信号检测及控制部分以及有源动态滤波补偿部分，其特征在于：

所述功率因数调节部分包括用于接收主控制模块发出的指令并反馈电容故障信息的电容投切模块，与电容投切模块相连的故障反馈模块，与故障反馈模块相连的动态开关模块，与动态开关模块和电源母线相连的电容保护模块，与电容保护模块、动态开关模块以及故障反馈模块相连的电容器组；

所述信号检测及控制部分包括与电源母线相连用于监测电力系统主线电流电压信号的信号监测模块、与信号监测模块相连的信号处理模块、与信号处理模块相连的主控制模块；

所述有源动态滤波部分包括与主控制模块相连的谐波处理模块，与谐波处理模块相连用于脉宽调制的脉宽调制模块，与脉宽调制模块相连用于生成补偿电流的电流补偿发生器，与电流补偿发生器以及谐波处理模块相连的监测反馈模块，与监测反馈模块相连的预充电模块，与预充电模块及电源母线相连的保护模块。

上述方案中，所述信号监测模块包含用于采集电压信号的电压互感器和用于采集电流信号的电流互感器；所述信号处理模块包括用于将采集的模拟电流信号转换成数字信号的模数转换器；所述主控制模块包含处理单元、时钟单元和记录单元，其中处理单元用于处理数字信号并发出输出指令，时钟单元用于计时，记录单元用于记录基于时钟单元的报警信息及电容器组的投切和投入运行总时间。

上述方案中，所述脉宽调制模块包括基波参考单元、谐波基波对比单元，其中基波参考单元为标准基波波形，用于与谐波对比，谐波基波对比单元用于将谐波基波与基波参考单元对比得到开关信号；所述电流补偿发生器包括IGBT、电容器，其中IGBT用于接收脉宽调制模块发出的开关信号并控制对应的电容器生成幅值相等、极性相反的补偿电流，电容器用于提供生成补偿电流的电能；所述监测反馈模块包括电流采集单元、模数转换器，其中电流采集单元包括用于采集电流信号的电流互感器，模数转换器用于将采集的模拟电流信号转换成数字信号并传递给高速处理模块；所述预充电模块包括预充电电阻、电压监测模块、接触器、电抗器，其中预充电电阻用于对电流补偿发生器的电容器进行限流充电，电压监测模块用于监测充电后端的电压，接触器在充电电压达到预定值后闭合，电抗器用于限制电流突变；所述保护模块包括用于限制电流过大的熔断器。

上述方案中，所述电容投切模块包含电容投切控制继电器，用于接受主控制模块发出的输出指令并控制电容器组的投切动作及接受故障反馈模块发来的故障报警信号并传送给主控制模块；所述故障反馈模块包含故障监测器和故障报警继电器，其中故障监测器用于监测电容器组的投切状态并反馈故障和报警信号，故障报警继电器根据故障报警命令进行开启或关闭命令；所述动态开关模块包含电容器组投切控制继电器，用于接收投切指令并进行开启关闭动作。

该智能动态滤波功率因数控制器还包括为主控制器提供工作电源的电源模块、用于手动输入指令并将指令发送给主控制模块的手动输入模块、用于显示电路参数和报警故障信息的显示模块、与外界进行数据交换和数据远程显示的通讯模块以及用于信息存储的数据存储模块。

本实用新型具有以下有益效果：(1)可实时监控电源母线上的电流信号，对电网谐波基波进行分离分析处理，然后进行脉宽调制生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流，主动消除电力谐波；(2)能够对补偿电流进行实时监测，并将监测数据反馈至高速处理器从而对生成的补偿电流进行校正；(3)可实时监控电源母线上的电流电压信号，计算出当前功率因数并与目标功率因数进行对比，计算出无功补偿需量并与当前电容组容量进行对比，最终计算出需要补偿的单元并控制相应的补偿单元接入，实现根据当前电容组按无功补偿需量进行补偿的目的；(4)可同步显示谐波、功率因数等参数。

附图说明

图1为本实用新型可动态滤波的功率因数控制器的连接及原理示意图。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分理解本实用新型的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例及附图进行进一步说明。

如图1所示，一种智能动态滤波功率因数控制器，主要由3个功能部分组成：功率因数调节部分、信号检测及控制部分和有源动态滤波补偿部分，其中信号检测及控制部分是核心，其能够接受来自电网和其他两功能部分反馈的信息并进行处理，发出相应的指令进行功率因数校正和谐波补偿，依据反馈的情况进行相应的调整。

功率因数调节部分包括顺次相连的电容投切模块、故障反馈模块、动态开关模块、电容保护模块以及电容器组，其中电容保护模块与电源母线相连，电容器组与电容保护模块、动态开关模块和故障反馈模块相连。

有源动态滤波补偿部分包括顺次相连的谐波处理模块、脉宽调制模块、电流补偿发生器、监测反馈模块、预充电模块、保护模块，其中保护模块与电源母线相连，监测反馈模块还与谐波处理模块相连。

信号检测及控制部分包括依次相连的信号监测模块、信号处理模块和主控制模块，其中信号监测模块与电源母线相连，主控制模块与功率因数调节部分的电容投切模块和有源动态滤波补偿部分的谐波处理模块相连。主控制模块还与其他功能模块相连，例如电源模块、手动输入模块、显示模块、通讯模块和数据存储模块。

功率因数调节部分中，电容投切模块包含电容投切控制继电器，其能够接受主控制模块发出的输出指令并控制电容器组的投切动作，接受故障反馈模块发来的故障报警信号并传送给主控制模块。故障反馈模块包含故障监测器和故障报警继电器，其中故障监测器用于监测电容器组的投切状态并反馈故障和报警信号，故障报警继电器根据故障报警命令进行开启或关闭命令。动态开关模块包含电容器组投切控制继电器，该电容器组投切控制继电器用于接收投切指令并进行开启关闭动作。电容保护模块用于接收电容投切模块发出的指令同时对电容器进行保护，谐波处理模块可以分析处理接收到的来自电网的谐波数据。

有源动态滤波补偿部分中，脉宽调制模块包含基波参考单元、谐波基波对比单元，其中基波参考单元是标准基波波形用于与谐波进行对比，谐波基波对比单元用于接收高速处理模块发出的实时补偿信号的基波波形并与基波参考单元进行对比，得到开关信号。电流补偿发生器包含IGBT、电容器等，其中IGBT用于接收脉宽调制模块发出的开关信号并控制对应的电容器生成幅值相等、极性相反的补偿电流，电容器用于提供生成补偿电流的电能。监测反馈模块包含电流采集单元、模数转换器等，其中电流采集单元包含用于采集电流信号的电流互感器，模数转换器用于将采集的模拟电流信号转换成数字信号并传递给高速处理模块。预充电模块包含预充电电阻、电压监测模块、接触器、电抗器等，其中预充电电阻用于对电流补偿发生器的电容器进行限流充电，电压监测模块用于监测充电后端的电压，接触器用于当充电电压达到预定值后，预充电结束接触器闭合，电抗器用于限制电流突变对设备造成不可逆的损坏。保护模块包含熔断器，该熔断器用于限制电流过大对设备造成不可逆的损坏。

信号检测及控制部分中，信号监测模块包含用于采集电压信号的电压互感器和用于采集电流信号的电流互感器，能够监测电力系统主线电流电压信号并自动适应电网相序和电流相位。信号处理模块包含模数转换器等，所述模数转换器用于将采集的模拟电流信号转换成数字信号。主控制模块包含处理单元、时钟单元和记录单元，其中处理单元用于处理数字信号并发出输出指令，时钟单元用于计时，记录单元用于记录基于时钟单元的报警信息，及电容器组的投切和投入运行总时间。该智能动态滤波功率因数控制器还包括为主控制器提供工作电源的电源模块、用于手动输入指令并将指令发送给主控制模块的手动输入模块、用于显示电路参数和报警故障信息的显示模块、与外界进行数据交换和数据远程显示的通讯模块以及用于信息存储的数据存储模块。

本实用新型提供的智能动态滤波功率因数控制器工作原理如下：首先信号监测模块实时监测电力系统主线的电流电压信号，同时自动适应电网相序和相位；电流电压信号传递给信号处理模块由其将模拟信号转换成数字信号，转换后的数字信号输入到主控制模块中。主控制模块对接收到的各种数据(手动输入的数据、监测到的电流电压信号、故障反馈模块反馈回来的电容器组故障信息等)进行处理分析得到当前的功率因数并与手动输入模块输入的指令或默认指令的功率因数标准值进行对比，得出功率因数差值的补偿信号，同时结合故障反馈模块反馈的电容器组故障信号，对电容投切模块发出投切指令。电源模块用于向各模块输入电源并提供过压保护、欠压保护和谐波干扰隔离；手动输入模块用于输入参数或指令。显示模块用于显示主控制模块输入的指令参数值、采集的电流电压信号、输出的功率因数、电容器组投切需量、谐波畸变率、报警指示参数等；通讯模块用于与外界进行数据交换和数据远程显示；数据存储模块用于接收并存储主控制器接收和输出的所有参数。

功率因数调节部分接收到来自主控制模块的指令后：电容投切模块将故障反馈模块反馈回来的故障信息反馈至主控制模块，并接收到主控制模块的电容投切指令将其下发至动态开关模块，动态开关模块对电容器组进行投切控制，电容保护模块对电容器组进行保护。

有源动态滤波补偿部分接收到来自主控制模块的指令后：谐波处理模块接收信号处理模块和监测反馈模块发出的数字信号进行谐波基波分离，并对比信号处理模块的数字信号和监测反馈模块发出的数字信号得到差值作为实时补偿信号，接着由脉宽调制模块根据实时补偿信号进行脉宽调制得到开关信号。脉宽调制模块发出的开关信号被电流补偿发生器接收后生成幅值相等、极性相反的补偿电流，补偿电流通过监测反馈模块、预充电模块和保护模块输入电网中从而主动消除谐波。由于监测反馈模块同时与谐波处理模块相连，因此其接收到补偿电流后会实时反馈给谐波处理模块，谐波处理模块负责对比来自电网的谐波信号和补偿后的谐波信号，根据对比得到的差值作为补偿信号及时调整脉宽调制模块和电流补偿发生器。预充电模块和保护模块能够对电流补偿发生器进行预充电保护和限流保护，保护电流补偿发生器免于不可逆的损坏。

Claims (5)

1.一种智能动态滤波功率因数控制器，包括功率因数调节部分、信号检测及控制部分以及有源动态滤波补偿部分，其特征在于：

所述功率因数调节部分包括用于接收主控制模块发出的指令并反馈电容故障信息的电容投切模块，与电容投切模块相连的故障反馈模块，与故障反馈模块相连的动态开关模块，与动态开关模块和电源母线相连的电容保护模块，与电容保护模块、动态开关模块以及故障反馈模块相连的电容器组；

所述信号检测及控制部分包括与电源母线相连用于监测电力系统主线电流电压信号的信号监测模块、与信号监测模块相连的信号处理模块、与信号处理模块相连的主控制模块；

所述有源动态滤波部分包括与主控制模块相连的谐波处理模块，与谐波处理模块相连用于脉宽调制的脉宽调制模块，与脉宽调制模块相连用于生成补偿电流的电流补偿发生器，与电流补偿发生器以及谐波处理模块相连的监测反馈模块，与监测反馈模块相连的预充电模块，与预充电模块及电源母线相连的保护模块。

2.如权利要求1所述的一种智能动态滤波功率因数控制器，其特征在于：所述信号监测模块包含用于采集电压信号的电压互感器和用于采集电流信号的电流互感器；所述信号处理模块包括用于将采集的模拟电流信号转换成数字信号的模数转换器；所述主控制模块包含处理单元、时钟单元和记录单元，其中处理单元用于处理数字信号并发出输出指令，时钟单元用于计时，记录单元用于记录基于时钟单元的报警信息及电容器组的投切和投入运行总时间。

3.如权利要求1所述的一种智能动态滤波功率因数控制器，其特征在于：所述脉宽调制模块包括基波参考单元、谐波基波对比单元，其中基波参考单元为标准基波波形，用于与谐波对比，谐波基波对比单元用于将谐波基波与基波参考单元对比得到开关信号；所述电流补偿发生器包括IGBT、电容器，其中IGBT用于接收脉宽调制模块发出的开关信号并控制对应的电容器生成幅值相等、极性相反的补偿电流，电容器用于提供生成补偿电流的电能；所述监测反馈模块包括电流采集单元、模数转换器，其中电流采集单元包括用于采集电流信号的电流互感器，模数转换器用于将采集的模拟电流信号转换成数字信号并传递给高速处理模块；所述预充电模块包括预充电电阻、电压监测模块、接触器、电抗器，其中预充电电阻用于对电流补偿发生器的电容器进行限流充电，电压监测模块用于监测充电后端的电压，接触器在充电电压达到预定值后闭合，电抗器用于限制电流突变；所述保护模块包括用于限制电流过大的熔断器。

4.如权利要求1所述的一种智能动态滤波功率因数控制器，其特征在于：所述电容投切模块包含电容投切控制继电器，用于接受主控制模块发出的输出指令并控制电容器组的投切动作及接受故障反馈模块发来的故障报警信号并传送给主控制模块；所述故障反馈模块包含故障监测器和故障报警继电器，其中故障监测器用于监测电容器组的投切状态并反馈故障和报警信号，故障报警继电器根据故障报警命令进行开启或关闭命令；所述动态开关模块包含电容器组投切控制继电器，用于接收投切指令并进行开启关闭动作。

5.如权利要求1所述的一种智能动态滤波功率因数控制器，其特征在于：该智能动态滤波功率因数控制器还包括为主控制器提供工作电源的电源模块、用于手动输入指令并将指令发送给主控制模块的手动输入模块、用于显示电路参数和报警故障信息的显示模块、与外界进行数据交换和数据远程显示的通讯模块以及用于信息存储的数据存储模块。