电网谐波有源抑制装置制造方法及图纸

一种电网谐波有源抑制装置，由谐波检测单元（１）、保护单元（２）、载波发生器（３）、比较单元（４）、脉冲分配与整形单元（５）、驱动单元（６）、主回路与保护电路（７）、注入变压器（８）、过流检测单元（９）等组成，其特征在于将该装置产生的与电网谐波方向相反、幅值相同的谐波注入电网。当系统谐波电流超过本装置的补偿能力时，无需与系统断开；使用本装置同时补偿多次谐波电流和非整数倍的高次谐波电流；采用单相全桥联接的逆变器主回路，在功率半导体器件的开关频率一定的条件，能以２倍的开关频率来跟踪补偿谐波电流，而且可大大的减少交流电抗器和直流储能电容器的容量。（*该技术在2003年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于谐波补偿领域，具体涉及一种电网谐波有源抑制装置。目前，应用半导体变流的设备广泛用于冶金、钢铁、交通、化工等工业领域，例如，电解装置、电气机车、轧制机械、高频炉等等。这些非线性负载构成的大容量的谐波源，使整个电网的谐波污染状况愈来愈严重。电网谐波严重地危害着电力系统的电能质量，造成高次谐波损耗和电气设备的损坏。特别是对无功补偿用的并联电容器影响较大，使电容器组工作不正常，甚至发生热击穿。现在谐波污染已危及到电力系统中的发电机、调相机、继电保护、自动装置、电能计量等，并造成了一些重大事故；谐波污染对通信、计算机系统、高精度的加工机械、检测仪表等用电设备也有严重的干扰。采用高次谐波滤波器就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是消除或限制电力系统谐波污染的一种有效的措施。目前电力系统所采用的这种谐波滤波器，大多数是“无源型”的LC滤波器。LC型滤波器是由电容C和电感L串联而成的，在特定的高次谐波频率下产生串联谐振，对该频率的高次谐波分量呈低阻抗，从而对谐波分量具有分流作用，达到降低或滤去高次谐波分量的目的。LC滤波器与谐波源并联运行，除了起滤去高次谐波的作用外，还兼顾无功补偿的需要，其结构简单，运行可靠，维护方便。但占地面积很大，而且存在着下述一些问题(1)谐波滤波效果受电力系统的影响。有些情况下，滤波器有可能与电力系统阻抗形成谐振，从而使谐波幅度增大。(2)当电力系统频率变动时，滤波器不能有效地拟制谐波。(3)当谐波电流超过滤波器的额定负荷时，滤波器必须与系统断开，在这种情况下，其滤波作用就完全丧失。近年来，国内外都在进行有源滤波器的研制，这就可以大大地减小占地面积，并可有效地解决上述几个问题。有源滤波器与无源滤波器的最大区别在于，它是一种向交流电网注入谐波补偿电流，以抵消负载所产生的谐波电流的主动式滤波装置。已有专利技术是采用三相桥路作为逆变器的主回路(如图6)，这种主回路结构简单，所用开关少，但三相控制信号必须统一协调，其控制方案复杂，调试困难。同时，由于受功率半导体器件开关频率上限的限制，其补偿谐波电流的跟踪特性以及补偿高次谐波分量的上限频率受到限制。本技术的目的是提供一种具有各种保护功能、维护方便、能有效的补偿3、5、7、11、13次谐波及其它需补偿的整数倍和非整数倍谐波、采用单相全桥联接的逆变主回路的电网谐波有源抑制装置。该装置由谐波检测单元(1)、保护单元(2)、载波发生器(3)、比较单元(4)、脉冲分配与整形单元(5)、驱动单元(6)、主回路与保护电路(7)、注入变压器(8)、过流检测单元(9)等组成，其特征在于从电力系统CT引出的电流信号与具有能将运行线路中的基波滤掉的谐波检测单元(1)联接，谐波检测单元输出的谐波信号进入比较单元(4)，从系统PT引出的电压信号与具有能控制主回路过流、过压的保护单元(2)联接，保护单元(2)的输出信号有两路进入比较器(4)与谐波检测信号相加后和载波发生器(3)发出的锯齿波信号进行比较得到一脉宽调制脉冲信号，该脉冲信号进入脉冲分配与整形环节(5)，保护单元(2)的第三路信号进入能将脉冲信号整定成规定形状并将其按一定规律分配给脉冲分配与整形单元(5)，脉冲分配与整形单元(5)将脉冲信号按分配好的规律由驱动电路(6)将其进行功率放大后触发主回路(7)的大功率开关管，产生出相位、幅度与系统谐波电流相反的谐波补偿电流经注入变压器(8)进入电网，主回路(7)的直流测过电压、过电流信号与保护单元(2)联接，交流侧过电流信号经过电流检测单元(9)与保护单元(2)联接，保护单元(2)的另一路输出与控制开关K联接。使用该装置具有以下优点1.本技术对系统来说是一个高阻谐波电流源，它的接入对系统阻抗不会产生影响；2.当系统频率发生变化时，装置能跟踪变化，恰当地进行高次谐波补偿；3.当系统结构发生变化时，本专利技术不存在谐振的危险，其补偿高次谐波的性能不变；4.当系统谐波电流增大时，本装置不会过负荷。当系统谐波电流超过本装置的补偿能力时，装置仍发挥最大的补偿能力，无需与系统断开；5.使用本技术一台装置可同时补偿多次谐波电流和非整数倍的高次谐波电流；6.便于就地补偿，采用多台并联就可以方便地增大补偿容量。7.本技术采用单相全桥联接的逆变器主回路(如图7)，在功率半导体器件的开关频率一定的条件，能以2倍的开关频率来跟踪补偿谐波电流；各相输出电流可以互不干扰地进行独立控制，具有良好的补偿谐波电流的跟踪特性，而且可大大的减少交流电抗器和直流储能电容器的容量。本技术的实施例参见附图说明图1、图2、图3、图4、图5。图1为本装置接入电力线路的原理框图，图中(1)1为谐波检测单元、(2)为保护单元、(3)为载波发生器、(4)为比较单元、(5)为脉冲分配与整形单元、(6)为驱动单元、(7)为主回路与保护电路、(8)为注入变压器、(9)为过流检测单元、(10)为系统谐波源、K为与系统接通开关、CTs为系统电流互感器、PTs为系统电压互感器，从电力系统CTs引出的电流信号与具有能将运行线路中的基波滤掉的谐波检测单元(1)联接，谐波检测单元输出的谐波信号进入比较单元(4)，从系统PTs引出的电压信号与具有能控制主回路过流、过压的保护单元(2)联接，保护单元(2)的输出信号有两路进入比较器(4)与谐波检测信号相加后和载波发生器(3)发出的锯齿波信号进行比较得到一脉宽调制脉冲信号，该脉冲信号进入脉冲分配与整形环节(5)，保护单元(2)的第三路信号进入能将脉冲信号整定成规定形状并将其按一定规律分配给脉冲分配与整形单元(5)，脉冲分配与整形单元(5)将脉冲信号按分配好的规律由驱动电路(6)将其进行功率放大后触发主回路(7)的大功率开关管，产生出相位、幅度与系统谐波电流相反的谐波补偿电流经注入变压器(8)进入电网，主回路(7)的直流测过电压、过电流信号与保护单元(2)联接，交流侧过电流信号经过电流检测单元(9)与保护单元(2)联接，保护单元(2)的另一路输出与控制开关K联接。图2中的1为谐波检测单元，由常规比例模拟电路和常规滤基波模拟电路组成；2为保护单元，由施密特触发器S1～S5、与非门F1、非门F2、电阻R1～R6、运算放大器A1、电位器W1、W2、乘法器M1组成，其中，从电网取得的电压信号UA、主回路(7)的交流侧的反馈电流IFA、主回路直流侧电流ID、直流侧电压UD分别经施密特触发器S1～S4与与非门F1联接，F1的输出经非门F2与脉冲分配与整形单元(5)联接，直流侧电压UD另两路电压信号一路经施密特触发器S5去控制电源开关K，一路经电阻R1与运算放大器A1的负端联接，电阻R2一端与A1的负端联接，另一端接电位器W1的活动端，电位器W1的一端接地，另一端经电阻R3接负电位，电阻R4的一端接A1的正极，另一端接零电位，A1的输出端一路接乘法器M1，另一路经电位器W2与电阻R6联接，R6的另一端接零电位，电阻R5一端接A1的负输入端，另一端接电位器W2的活动端，电容C1跨接在电阻R5的两端，乘法器M1的另一路输入信号为电网电压UA，M1的输出信号进入比较单元(4)，主回路交流电流IFA整成直流后作为反馈电流进入比较单元(4)；3载波发生器，由运算放大器A2、A3、电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电网谐波有源抑制装置，由谐波检测单元（１）、保护单元（２）、载波发生器（３）、比较单元（４）、脉冲分配与整形单元（５）、驱动单元（６）、主回路与保护电路（７）、注入变压器（８）、过流检测单元（９）等组成，其特征在于从电力系统ＣＴ引出的电流信号与具有能将运行线路中的基波滤掉的谐波检测单元（１）联接，谐波检测单元输出的谐波信号进入比较单元（４），从系统ＰＴ引出的电压信号与具有能控制主回路过流、过压的保护单元（２）联接，保护单元（２）的输出信号有两路进入比较器（４）与谐波检测信信号相加后和载波发生器（３）发出的锯齿波信号进行比较得到一脉宽调制脉冲信号，该脉冲信号进入脉冲分配与整形环节（５），保护单元（２）的第三路信号进入能将脉冲信号整定成规定形状并将其按一定规律分配给脉冲分配与整形单元（５），脉冲分配与整形单元（５）将脉冲信号按分配好的规律由驱动电路（６）将其进行功率放大后触发主回路（７）的大功率开关管，产生出相位、幅度与系统谐波电流相反的谐波补偿电流经注入变压器（８）进入电网，主回路（７）的直流测过电压、过电流信号与保护单元（２）联接，交流侧过电流信号经过电流检测单元（９）与保护单元（２）联接，保护单元（２）的另一路输出与控置开关Ｋ联接。...

【技术特征摘要】
1.一种电网谐波有源抑制装置，由谐波检测单元(1)、保护单元(2)、载波发生器(3)、比较单元(4)、脉冲分配与整形单元(5)、驱动单元(6)、主回路与保护电路(7)、注入变压器(8)、过流检测单元(9)等组成，其特征在于从电力系统CT引出的电流信号与具有能将运行线路中的基波滤掉的谐波检测单元(1)联接，谐波检测单元输出的谐波信号进入比较单元(4)，从系统PT引出的电压信号与具有能控制主回路过流、过压的保护单元(2)联接，保护单元(2)的输出信号有两路进入比较器(4)与谐波检测信号相加后和载波发生器(3)发出的锯齿波信号进行比较得到一脉宽调制脉冲信号，该脉冲信号进入脉冲分配与整形环节(5)，保护单元(2)的第三路信号进入能将脉冲信号整定成规定形状并将其按一定规律分配给脉冲分配与整形单元(5)，脉冲分配与整形单元(5)将脉冲信号按分配好的规律由驱动电路(6)将其进行功率放大后触发主回路(7)的大功率开关管，产生出相位、幅度与系统谐波电流相反的谐波补偿电流经注入变压器(8)进入电网，主回路(7)的直流测过电压、过电流信号与保护单元(2)联接，交流侧过电流信号经过电流检测单元(9)与保护单元(2)联接，保护单元(2)的另一路输出与控置开关K联接。2.根据权利要求1所述的电网谐波有源抑制装置，其特征在于它的保护单元(2)由施密特触发器S1～S5、与非门F1、非门F2、电阻R1～R6、运算放大器A1、电位器W1、W2、乘法器M1组成，其中，从电网取得的电压信号UA、主回路(7)的交流侧的反馈电流IFA、主回路直流侧电流ID、直流侧电压UD分别经施密特触发器S1～S4与与非门F1联接，F1的输出经非门F2与脉冲分配与整形单元(5)联接，直流侧电压UD另两路电压信号一路经施密特触发器S5去控制电源开关K，一路经电阻R1与运算放大器A1的负端联接，电阻R2一端与A1的负端联接，另一端接电位器W1的活动端，电位器W1的一端接地，另一端经电阻R3接负电位，电阻R4的一端接A1的正极，另一端接零电位，A1的输出端一路接乘法器M1，另一路经电位器W2与电阻R6联接，R6的一端接零电位，电阻R5一端接A1的负输入端，另一端接电位器W2的活动端，电容C1跨接在电阻R5的两端，乘法器M1的另一路输入信号为电网电压UA，M1的输出信号进入比较单元(4)，主回路交流电流IFA整成直流后作为反馈电流进入比较单元(4)；3.根据权利要求1所述的电网谐波有源抑制装置，其特征在于它的比较单元(4)由电阻R7～R34、运算放大器A4～A8、电位器W3～W5、二极管D1、D2、双向稳压二极管DW1组成，其中，乘法器M1的输出信号、主回路交流侧电流反馈信号、谐波检测单元(1)的输出信号分别经电阻R7、R8、R9与运算放大器A4的负极联接，A4的正极经电阻R11接零电位，A4的输出端经电组R14与运算放大A5的负极联接，双向稳压二极管DW1跨接在A4的负输入端与输出端之间，电位器W3、电阻R13串联后电位器端接A4的输出端，电阻端接零电位，电阻R12一端接A4的负输入端另一端接W3的活动端，A5的正极经电阻R16接零电位，电阻R17跨接在A5的负输入端与输出端之间，A5的输出信号分别经电阻R19、R22与运算放大器A6、A7的负极联接，A6的正输入端经电阻R21与电位器W4的活动端联接，W4的一端接零电位另一端接电源正电位，电阻R20跨接在A6的负输入端与输出端之间，A6的输出信号经二极管D2与电阻R27联接，电阻R23跨接在A7的负输入端与输出端之间，A7的正输入端经电阻R24与电位器W5的活动端联接，W5的一端接零电位，另一端经电阻R25接负电位，电阻R23跨接在A7的负输入端与输出端之间，A7的输出信号经二极管D1与电阻R26联接，在串联电阻R26、R27之间引出一信号经电阻R10与A4的负极联接、经电阻R15与A5的正极联接，A5的另一个输出信号经电阻R18与A8的正极联接，载波发生器(3)的输出信号经电阻R32与A8的负极联接，A8的输出信号经电阻R34与脉冲分配与整形单元(5)联接，电阻R33的一端接电源正电位另一端接A8的输出端。4.根据权利要求1所述的电网谐波有源抑制装置，其特征在于它的脉冲分配与整形单元(5)由电阻R35、R36、同向器F3、反向器F4、与门F5、F6、二极管D3、D4组成，其中，比较单元(4)的输出信号一路经同向器F3、电阻R35、与门F5依次联接，另一路经反向器F4、电阻R36、与门F6依次联接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：许遐，沈龙大，
申请(专利权)人：北京电力科学研究院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]