一種用于三相電網的混合型有源濾波補償裝置及其控制方法
【專利摘要】一種用于三相電網的混合型有源濾波裝置，其使用APF和無源濾波的方式結合對三相電網的諧波進行抑制，并使用三相電網諧波歷史數據進行諧波預測并對特殊點進行預先處理。
【專利說明】
一種用于三相電網的混合型有源濾波補償裝置及其控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及電力系統中的配電工程技術領域，尤其是涉及一種用于三相電網的混合型有源濾波補償裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力工業的發展，一方面使許多用戶對電能質量提出了越來越多的要求，另一方面，配電網中影響電能質量的負荷越來越多因而電能質量問題日益突出。如電力電子技術的快速發展，電網中的電弧爐、電力機車、乳鋼機、大容量的電力電子變流裝置等非線性負荷、不對稱負荷、沖擊負荷不斷增加，電網中的諧波、負序電流急劇上升。一些新型的電力電子設備，如開關電源、精密平板焊機等，自身就是一個諧波源，同時還要求電網提供理想的三相對稱電壓，否則不能正常工作。同時，電力電子裝置所產生的諧波污染還影響了其他負荷的正常運行。同時，伴隨著智能電網的建設，先進電力電子非線性負載的應用不斷增加，給電力系統帶來了嚴重的非線性、沖擊性和不平衡用電的特性，也給電力網絡的供電造成嚴重的諧波污染，對電力網絡注入大量的諧波和無功功率。因此，對于電力系統中的諧波補償問題已成為當今的一個研究熱點。由于無源濾波器存在偏離自身調諧點、諧振系統參數、擊穿有限容量和實時跟蹤困難的缺點，新型的濾波裝置一一有源濾波器(Active Power Filter，簡稱APF)，隨著電力電子和計算機技術的發展應運而生。應用有源濾波器進行諧波治理的技術比比皆是，如所謂有源電力濾波器，是指采用現代電力電子技術和基于高速DSP器件的數字信號處理技術制成的新型電力諧波治理專用設備。APF有并聯型和串聯型兩種，并聯型APF主要是治理電流諧波，串聯型APF主要是治理電壓諧波等引起的問題。APF同無源濾波器比較，具有綠色化、小型化、模塊化等優點。為保證APF可以用來對電網中的諧波進行動態補償，目前諧波電流抑制方法主要是有基于自適應等方法，如灰色預測控制法等。這些方法共同點在于智能程度較高，但其同時并不見得是一個優點，因為在實際應用中發現智能程度過高的算法往往對計算的硬件要求較高，而硬件的錯誤或者故障往往導致諧波治理的失敗，對電網造成不可估量的損失。因此本申請致力于尋找一種簡單可行，并可依賴于智能程度較低但運行可靠的一些計算模式及應用的硬件設施。
[0003]基于此，本申請提供了一種易于實現的混合型有源濾波補償裝置及其控制方法。
【發明內容】
[0004]針對前述現有諧波治理方式的局限性，本發明提供了一種用于三相電網的混合型有源濾波補償裝置，可以合理分擔三相電網中的諧波治理任務，其利用具有無源濾波器特點的低階諧振電路消減高幅度的低階諧波，利用有源濾波器補償超寬頻的高階諧波，從而可完整的對三相電網中的各種諧波進行治理，使各個電相支路中的實際波形對稱正弦化，確保電能質量。同時，由于低階諧振電路對低階諧波的消減作用，可大幅度地降低有源濾波裝置的容量需求，減小所述混合型有源濾波補償系統的搭建成本。同時，其還提供了混合型有源濾波補償裝置的控制方法，該方法特點突出，利用了電網的特點，針對連續發生的諧波的時間特征，針對性的進行預測治理。
[0005]本發明一方面提供一種用于三相電網的混合型有源濾波補償裝置，包括A相無源補償電路、B相無源補償電路、C相無源補償電路、三相變壓器(Tl)和有源濾波裝置；A相無源補償電路的第一端連接三相電網的A相支路、所述B相無源補償電路的第一端連接三相電網的B相支路和所述C相無源補償電路的第一端連接在三相電網的C相支路，所述低階諧振電路包括三相支路，所述A相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的A相支路、所述B相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的B相支路和所述C相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的C相支路；
所述三相變壓器(Tl)的A相輸出端連接三相電網的A相支路，B相輸出端連接三相電網的B相支路，C相輸出端連接三相電網的C相支路，所述三相變壓器(Tl)的A相輸入端、B相輸入端和C相輸入端分別連接所述有源濾波裝置的A相連接端、B相連接端和C相連接端。
[0006]更進一步的，所述A相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組，所述B相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組，所述C相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組。
[0007]更進一步的，所述開關組包括多個開關。
[0008]更進一步的，所述開關為可控硅開關。
[0009]更進一步的，所述單調調諧濾波電路組由電感和電容串聯組成。
[0010]更進一步的，所述單調調諧濾波電路組至少包括5次單調諧波濾波電路和7次單調諧波濾波電路，并且每種同次的單調諧波濾波電路為多個。
[0011 ]更進一步的，所述有源濾波裝置為靜止型同步補償裝置。
[0012]更進一步的，所述三相變壓器的變比可調。
[0013]更進一步的，其還包括控制裝置。
[0014]更進一步的，所述控制裝置還連接采集器，所述采集器用于采集電網的三相電壓和電流，所述控制裝置根據采集得到的三相電壓和電流分析計算得到所述電網實時的諧波數據，所述控制裝置還具備數據庫，對所述諧波數據進行儲存；
所述控制裝置還包括有源濾波裝置控制器和開關組控制器和變壓器變比控制器，所述有源濾波裝置控制器耦合所述有源濾波裝置，所述開關組控制器耦合所述開關組，所述變壓器變比控制器耦合所述變壓器。
[0015]更進一步的，所述開關組控制器連接可控硅開關的控制端。
[0016]更進一步的，所述變壓器的變比具備手動和自動兩種調節方式。
[0017]另一方面，本發明還提供一種電網諧波抑制方法，其可應用于本發明所提供的裝置，包括以下步驟:
獲得所述電網的諧波數據，通過有源濾波裝置控制器和開關組控制器實時進行補償電流輸出，并將諧波數據存儲在所述控制裝置的數據庫中以建立諧波數據歷史數據;并且根據前N天每一時刻的諧波數據歷史數據獲得對應每一時刻的歷史數據平均值；
根據所述歷史數據平均值生成諧波數據預測值，所述諧波數據預測值通過歷史數據平均值乘以預設的權值獲得；
比較所述諧波數據預測值與預設的諧波閾值的大小關系；
根據所述大小關系，生成每日預警時刻； 在所述每日預警時刻到達前的t時刻，控制所述可控硅開關以預先連接導通至少一個單調諧波濾波電路并降低所述三相變壓器的變比的檔位來提高變壓器輸出的電流。
[0018]更進一步的，當所述諧波數據預測值大于預設的諧波閾值時生成所述每日預警時刻。
[0019]更進一步的，所述N為7。
[0020]更進一步的，所述N為15。
[0021 ]更進一步的，所述t為15秒。
[0022]更進一步的，所述t為30秒。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1是本發明的混合型有源濾波補償裝置示意圖。
[0025]圖2是APF結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0027]實施例一
一種用于三相電網的混合型有源濾波補償裝置，包括A相無源補償電路、B相無源補償電路、C相無源補償電路、三相變壓器(Tl)和有源濾波裝置；A相無源補償電路的第一端連接三相電網的A相支路、所述B相無源補償電路的第一端連接三相電網的B相支路和所述C相無源補償電路的第一端連接在三相電網的C相支路，所述低階諧振電路包括三相支路，所述A相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的A相支路、所述B相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的B相支路和所述C相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的C相支路;低階諧振電路的三相支路的另一端連結在一起并接地。低階諧振電路用于對低階諧波電流進行消減補償。
[0028]所述三相變壓器(Tl)的A相輸出端連接三相電網的A相支路，B相輸出端連接三相電網的B相支路，C相輸出端連接三相電網的C相支路，所述三相變壓器(Tl)的A相輸入端、B相輸入端和C相輸入端分別連接所述有源濾波裝置的A相連接端、B相連接端和C相連接端。
[0029]更進一步的，所述A相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組，所述B相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組，所述C相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組。
[0030]更進一步的，所述開關組包括多個開關，通過開關組的多個開關的不同的狀態，可以切換連接到電網的單調調諧濾波電路的數量，從而獲得不同次諧波的補償電流。。
[0031]更進一步的，所述開關為可控硅開關，可控硅開關操作方便，且能承受較大的負荷電流。
[0032]更進一步的，所述單調調諧濾波電路組由電感和電容串聯組成。
[0033]更進一步的，所述單調調諧濾波電路組可以包括5次單調諧波濾波電路和7次單調諧波濾波電路，并且可以包括更多次的單調諧波濾波電路以應對更復雜的電網情況，如電網的諧波主要集中情況進行更改設置，并且每種同次的單調諧波濾波電路為多個，這樣，通過開關的動作，可以同時切入一個或者多個同次的單調諧波濾波電路，從而改變輸入電網的某一次諧波補償電流的大小。
[0034]更進一步的，所述有源濾波裝置為靜止型同步補償裝置，靜止型同步補償裝置屬于本領域的常用器件。
[0035]更進一步的，所述三相變壓器的變比可調，通過三相變壓器的變比調節，從而可以放大有源濾波裝置的輸出。
[0036]更進一步的，其還包括控制裝置。
[0037]更進一步的，所述控制裝置還連接采集器，所述采集器用于采集電網的三相電壓和電流，所述控制裝置根據采集得到的三相電壓和電流分析計算得到所述電網實時的諧波數據，所述控制裝置還具備數據庫，對所述諧波數據進行儲存；
所述控制裝置還包括有源濾波裝置控制器和開關組控制器和變壓器變比控制器，所述有源濾波裝置控制器耦合所述有源濾波裝置，所述開關組控制器耦合所述開關組，所述變壓器變比控制器耦合所述變壓器。
[0038]更進一步的，所述開關組控制器連接可控硅開關的控制端。
[0039]更進一步的，所述變壓器的變比具備手動和自動兩種調節方式。
[0040]另一方面，本發明還提供一種電網諧波抑制方法，其可應用于本發明所提供的裝置，包括以下步驟:
獲得所述電網的諧波數據，獲取的諧波數據包括諧波電流值，其通過采樣電網的電壓電流值然后分析獲取，獲取諧波電流值和補償抑制諧波的方法已經是本領域的基本知識之一，在本申請中就不再贅述。通過有源濾波裝置控制器和開關組控制器實時進行補償電流輸出，并將諧波數據存儲在所述控制裝置的數據庫中以建立諧波數據歷史數據;并且
根據前7天每一時刻的諧波數據歷史數據獲得對應每一時刻的歷史數據平均值，即將一周內一個采樣時間點的諧波電流值求和然后取平均值，當然這里要說明的是，采樣是具備一定采樣周期的，采樣的周期為5分鐘一次或者15分鐘一次或者更長的周期，過頻繁的采樣對于系統是無法接受，這一點本領域技術人員應當明確；
根據所述歷史數據平均值生成諧波數據預測值，所述諧波數據預測值通過歷史數據平均值乘以預設的權值獲得，在本實施例中采用的權值為0.5;
比較所述諧波數據預測值與預設的諧波閾值的大小關系，該預設的諧波閾值根據電網的運行經驗來設置，例如在某一諧波電流值時電網常發生一些故障則將諧波閾值設置在該諧波電流值以下一定范圍的某個電流值；
根據所述大小關系，生成每日預警時刻；
在所述每日預警時刻到達前15s，控制所述可控硅開關以預先連接導通至少一個單調諧波濾波電路并降低所述三相變壓器的變比的檔位。也就是說，在電網“習慣性”發生諧波較大的時間點之前預先提高補償的值，這樣設置事實上是源自諧波發生的時間慣性特點的，這樣預先抑制對諧波的治理在實際應用中發現效果顯著。[0041 ] 實施例二
一種用于三相電網的混合型有源濾波補償裝置，包括A相無源補償電路、B相無源補償電路、C相無源補償電路、三相變壓器(Tl)和有源濾波裝置；A相無源補償電路的第一端連接三相電網的A相支路、所述B相無源補償電路的第一端連接三相電網的B相支路和所述C相無源補償電路的第一端連接在三相電網的C相支路，所述低階諧振電路包括三相支路，所述A相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的A相支路、所述B相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的B相支路和所述C相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的C相支路;低階諧振電路的三相支路的另一端連結在一起并接地。低階諧振電路用于對低階諧波電流進行消減補償。
[0042]所述三相變壓器(Tl)的A相輸出端連接三相電網的A相支路，B相輸出端連接三相電網的B相支路，C相輸出端連接三相電網的C相支路，所述三相變壓器(Tl)的A相輸入端、B相輸入端和C相輸入端分別連接所述有源濾波裝置的A相連接端、B相連接端和C相連接端。
[0043]更進一步的，所述A相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組，所述B相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組，所述C相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組。
[0044]更進一步的，所述開關組包括多個開關，通過開關組的多個開關的不同的狀態，可以切換連接到電網的單調調諧濾波電路的數量，從而獲得不同次諧波的補償電流。。
[0045]更進一步的，所述開關為可控硅開關，可控硅開關操作方便，且能承受較大的負荷電流。
[0046]更進一步的，所述單調調諧濾波電路組由電感和電容串聯組成。
[0047]更進一步的，所述單調調諧濾波電路組可以包括5次單調諧波濾波電路和7次單調諧波濾波電路和11次單調諧波濾波電路，并且每種同次的單調諧波濾波電路為3個，這樣，通過開關的動作，可以同時切入一個或者多個同次的單調諧波濾波電路，從而改變輸入電網的某一次諧波補償電流的大小。
[0048]更進一步的，所述有源濾波裝置為靜止型同步補償裝置，靜止型同步補償裝置屬于本領域的常用器件。
[0049]更進一步的，所述三相變壓器的變比可調，通過三相變壓器的變比調節，從而可以放大有源濾波裝置的輸出。
[0050]更進一步的，其還包括控制裝置。
[0051]更進一步的，所述控制裝置還連接采集器，所述采集器用于采集電網的三相電壓和電流，所述控制裝置根據采集得到的三相電壓和電流分析計算得到所述電網實時的諧波數據，所述控制裝置還具備數據庫，對所述諧波數據進行儲存；
所述控制裝置還包括有源濾波裝置控制器和開關組控制器和變壓器變比控制器，所述有源濾波裝置控制器耦合所述有源濾波裝置，所述開關組控制器耦合所述開關組，所述變壓器變比控制器耦合所述變壓器。
[0052]更進一步的，所述開關組控制器連接可控硅開關的控制端。
[0053]變壓器的變比通過控制器來調節。
[0054]另一方面，本發明還提供一種電網諧波抑制方法，其可應用于本發明所提供的裝置，包括以下步驟: 獲得所述電網的諧波數據，通過有源濾波裝置控制器和開關組控制器實時進行補償電流輸出，并將諧波數據存儲在所述控制裝置的數據庫中以建立諧波數據歷史數據;并且根據前15天每一時刻的諧波數據歷史數據獲得對應每一時刻的歷史數據平均值；
根據所述歷史數據平均值生成諧波數據預測值，所述諧波數據預測值通過歷史數據平均值乘以預設的權值獲得；
比較所述諧波數據預測值與預設的諧波閾值的大小關系；
根據所述大小關系，生成每日預警時刻；
在所述每日預警時刻到達前的30s，控制所述可控硅開關以預先連接導通至少一個單調諧波濾波電路并降低所述三相變壓器的變比的檔位。
[0055]更進一步的，當所述諧波數據預測值大于預設的諧波閾值時生成所述每日預警時刻。
[0056]綜上，采用本發明所提供的一種用于三相電網的混合型有源濾波補償系統，具有如下有益效果:(I)可以合理分擔三相電網中的諧波治理任務；(2)可實現諧波的超快速抑制。
[0057]如上所述，可較好的實現本發明。對于本領域的技術人員而言，根據本發明的教導，設計出不同形式的用于三相電網的混合型有源濾波補償系統并不需要創造性的勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對這些實施例進行變化、修改、替換、整合和變型仍落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種用于三相電網的混合型有源濾波補償裝置，其特征在于，包括A相無源補償電路、B相無源補償電路、C相無源補償電路、三相變壓器(Tl)和有源濾波裝置； 所述A相無源補償電路的第一端連接三相電網的A相支路、所述B相無源補償電路的第一端連接三相電網的B相支路和所述C相無源補償電路的第一端連接在三相電網的C相支路，所述低階諧振電路包括三相支路，所述A相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的A相支路、所述B相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的B相支路和所述C相無源補償電路的第二端連接低階諧振電路的C相支路； 所述三相變壓器(Tl)的A相輸出端連接三相電網的A相支路，B相輸出端連接三相電網的B相支路，C相輸出端連接三相電網的C相支路，所述三相變壓器(Tl)的A相輸入端、B相輸入端和C相輸入端分別連接所述有源濾波裝置的A相連接端、B相連接端和C相連接端。2.如權利要求1所述的混合型有源濾波補償裝置，其特征在于，所述A相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組，所述B相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組，所述C相無源補償電路包括開關組和單調調諧濾波電路組。3.如權利要求1所述的混合型有源濾波補償裝置，其特征在于，其還包括控制裝置。4.如權利要求3所述的混合型有源濾波補償裝置，其特征在于，所述控制裝置還連接采集器，所述采集器用于采集電網的三相電壓和電流，所述控制裝置根據采集得到的三相電壓和電流分析計算得到所述電網實時的諧波數據，所述控制裝置還具備數據庫，對所述諧波數據進行儲存； 所述控制裝置還包括有源濾波裝置控制器和開關組控制器和變壓器變比控制器，所述有源濾波裝置控制器耦合所述有源濾波裝置，所述開關組控制器耦合所述開關組，所述變壓器變比控制器耦合所述變壓器。5.—種電網諧波抑制方法，其用于如權利要求1所述混合型有源濾波補償裝置，其特征在于，包括以下步驟: 獲得所述電網的諧波數據，通過有源濾波裝置控制器和開關組控制器實時進行補償電流輸出，并將諧波數據存儲在所述控制裝置的數據庫中以建立諧波數據歷史數據;并且 根據前N天每一時刻的諧波數據歷史數據獲得對應每一時刻的歷史數據平均值； 根據所述歷史數據平均值生成諧波數據預測值，所述諧波數據預測值通過歷史數據平均值乘以預設的權值獲得； 比較所述諧波數據預測值與預設的諧波閾值的大小關系； 根據所述大小關系，生成每日預警時刻； 在所述每日預警時刻到達前的t時刻，控制所述可控硅開關以預先連接導通至少一個單調諧波濾波電路并降低所述三相變壓器的變比的檔位。6.如權利要求5所述的電網諧波抑制方法，當所述諧波數據預測值大于預設的諧波閾值時生成所述每日預警時刻。7.如權利要求5所述的電網諧波抑制方法，所述N為7。8.如權利要求5所述的電網諧波抑制方法，所述N為15。9.如權利要求5所述的電網諧波抑制方法，所述t為15秒。10.如權利要求5所述的電網諧波抑制方法，所述t為30秒。
【文檔編號】H02J3/01GK106026098SQ201610528938
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月6日
【發明人】李濤, 郭建國, 張健, 吳鋒, 劉軍, 李玉謙, 李云鵬, 巨磊, 吳林慶, 孟強, 邱萬里, 高偉, 李德生, 馬飛飛, 邱午延, 張傳祥
【申請人】國網山東省電力公司無棣縣供電公司