专利名称：一种用于成套无源电力滤波器保护的谐波保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无源电力滤波器保护装置，特别是一种能够针对成套无源电力滤波器支路多、滤波支路谐波电流含量大、谐波电压含量大等特点进行保护的装置，该装 置基于DSP技术并包含了适用于无源电力滤波器滤波支路的特殊算法，能很好的达到对无源电力滤波器进行保护的目的。
背景技术：
电网中大量应用的电弧设备、铁磁设备等非线性装置运行中会产生很大的谐波， 近年来越来越多的电力电子装置的应用更加剧了谐波污染。谐波的存在给公用电网带了严重危害，如增加系统中元件的附加损耗、影响各种电气设备的正常工作、导致继电保护和自动装置的误动作等。目前的滤波手段主要有有源电力滤波和无源电力滤波两种，无源电力滤波器因其成本低、结构简单、维护方便等原因得到了广泛的应用。现有的无源电力滤波器保护主要靠电容器保护装置来实现，电容器保护装置一般包括过流保护、零序过流保护、过电压保护、 低电压保护、不平衡电压保护、不平衡电流保护、非电量保护等。电容器保护装置采集相关的电压、电流模拟量，计算出相应的保护参数作为判据，保护参数是按照电压、电流模拟量中的工频参数来计算的，这对于无功补偿支路较为合适，但对于谐波含量较多的无源电力滤波支路的保护则较为欠缺，无法考虑到谐波电流在支路中可能造成的过流和过压，而这些由谐波导致的过流和过压都有可能会缩短无源电力滤波器的寿命严重时甚至会损坏滤波器。另外，常用的滤波器配置方案中，通常由一台断路器投切整套无源电力滤波器，每一条滤波支路都必须配备一台电容器保护装置，成套装置二次接线繁琐，保护装置成本较高， 对电容器保护装置的资源也没有充分利用。
发明内容针对电容器保护装置在无源电力滤波器保护中存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种用于成套无源电力滤波器保护的谐波保护装置，该装置除了具备电容器保护装置的过流、零序过流、过电压、低电压等工频保护功能外，还具备针对谐波的谐波电流保护、谐波电压保护、联锁保护和多条滤波支路的保护功能，真正达到保护无源电力滤波器的目的。为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案一种用于成套无源电力滤波器保护的谐波保护装置，包括机壳，机壳上有液晶显示屏，其特征在于，所述的机壳内设有信号处理模块，在信号处理模块上分别连接有模拟量采样模块和信号调理模块、电源模块、通讯模块、开关量输入模块、开关量输出模块和人机接口。本实用新型的用于成套无源电力滤波器保护的谐波保护装置，能够根据基波电压加各次谐波电压之和判断电容器是否过压。在原有电容器保护装置的保护软件的基础上增加了与谐波电流和电压保护相关功能，硬件上也根据需要做了调整，增加了模拟量采样通道的个数，这样的设计方案使谐波保护装置在实现谐波保护功能的同时，也达到了与现有成熟的电容器保护装置同样的可靠性。
该用于成套无源电力滤波器保护的谐波保护装置在传统的电容器保护装置的保护配置基础上增加了以下功能(1)谐波电流保护功能。计算各次滤波之路上基波电流和各次谐波电流之和的有效值，当该值大于整定值时动作，整定值一般设为电容器额定电流的1. 35倍。谐波一般计算到25次。(2)谐波电压保护功能。计算各次滤波支路上各次谐波电流在电容器上产生的电压降之和，当基波电流和谐波电流在电容器上产生的电压降之和大于整定值时动作，整定值一般等于电容器额定电压。谐波一般计算到25次。(3)多路采集功能。采集所有滤波支路的相关电压、电流等参数，最多可采集五条支路，对所有无源滤波进行统一保护。(4)联锁保护功能。采集无源滤波器各个支路的断路器或隔离刀状态，识别无源滤波器的工作状态，当滤波支路组合不合理时，保护装置拒投或跳间，使无源电力滤波器避免可能产生的谐波放大。如无源电力滤波器由5、7、11次滤波支路组成时，当5次滤波支路故障跳闸时，7次和11次滤波支路也应跳闸，而当仅投7次和11次时保护装置拒投。
图1是本实用新型的硬件系统原理图。图2是谐波保护装置的保护信号采集应用原理图。图3是谐波保护装置端子的定义。图4-1是DSP的外围电路原理图；图4-2是开关量模块输入、输出原理图；图4-3是总线板原理图；图4-4是模拟信号调理原理图。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本实用新型作出进一步的详细说明。
具体实施方式
如图1所示，依本实用新型的技术方案，本实施例给出一种具有谐波保护功能的无源电力滤波器保护装置，包括机壳，机壳上有液晶显示屏，机壳内设有信号处理模块2(以下称CPU)，CPU上分别连接模拟量采样模块和信号调理模块1、电源模块3、通讯模块4、开关量输入模块5、开关量输出模块6和人机接口 7。其中，模拟量采样模块和信号调理模块1完成模拟信号的转换、调理和低通滤波， CPU完成信号的A/D转换、计算和输出并通过光耦驱动输出继电器；CPU内固化有保护软件， 以实现过流保护、零序过流保护、过电压保护、低电压保护、不平衡电压保护、不平衡电流保护、非电量保护、谐波电流保护、谐波电压保护、联锁跳闸等功能。人机接口 7完成使用者与保护装置之间的信息交互。图2是本实用新型的应用保护原理图。参见图2，该实施例中，将制备的用于IOkV无源电力滤波器保护的谐波保护装置通过1台断路器挂在IOkV母线下，无源电力滤波装置设5次、7次和11次三个滤波支路，谐波保护装置采集各个支路的A相电流、C相电流、不平衡电压、母线电压信号和断路器状态等参数，根据参数设置当某个支路出现故障时可发出告警信号或跳闸断路器。在该实施例中，无源电力滤波装置由5次滤波支路、7次滤波支路和11次滤波支路组成，由一台保护装置同时对三个滤波支路进行检测和保护。图3是保护装置端子定义，图3中，CZl中的端子101、102、103、104四个端子，端子 103和104悬空，端子101是24V正极，端子102是24V负极。端子CZl中的105、106、107、 108四个端子，端子105是220L，端子106是220N，端子108悬空。CZ2 中的端子 201,202,…、210，211、212…、220，其中，201 为 485+, 202 为 485-, 203 208依次是开关量输入1 开关量输入6，209是断路器状态，210是开关量公共负， 211、212是告警出口(长信号)，213、214是控制器跳闸出口(延时Is的脉冲信号)，215和216 为备用出口 1，217和218为备用出口 2，219和220为备用出口 3。CZ3中的端子301、302、...、320，其中，301 304依次为母线A相电压 母线N相电压，305是母线A相电流进，306是母线A相电流出，307是母线B相电流进，308是母线B 相电流出，309是母线C相电流进，310是母线C相电流出，311和312是支路1不平衡电压， 313和314是支路2不平衡电压，315和316是支路3不平衡电压，317和318是支路4不平衡电压，319和320是支路5不平衡电压。CZ4中的端子401、402、...、420，其中，401是支路1的A相电流进，402是支路1 的A相电流出，403是支路1的C相电流进，404是支路1的C相电流出，405是支路2的A 相电流进，406是支路2的A相电流出，407是支路2的A相电流进，408是支路2的C相电流出，409是支路3的A相电流进，410是支路3的A相电流出，411是支路3的C相电流进， 412是支路3的C相电流出，413是支路4的A相电流进，414是支路4的A相电流出，415 是支路4的C相电流进，416是支路4的C相电流出，417是支路5的A相电流进，418是支路5的A相电流出，419是支路5的C相电流进，420是支路5的C相电流出。在本实施例中，CPU选择DSP芯片。图4-1是DSP芯片的外围电路原理图；主要包括 DSP 芯片(U2), DS1302 芯片(U5), X5643 芯片(U4), 74HC245 芯片(U6)，集成电路 SN74 HC139N (U7A，U7B)。DSP芯片(U2)是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。DS1302芯片(U5)可以对年、月、日、周日、时、 分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2. 5V 5. 5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个 31X8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。图4-2是开关量模块输入、输出原理图；主要包括光耦TLP521-4 (Q5，Q6)，达林顿管MC1413 (U6), MC1413 (U6)最大集电极电流可达500mA。能够在关态时承受50V电压， 输出还可以在高负载电流并行运行。图4-3是总线板原理图；图4-4是模拟信号调理原理图。本实施例的有谐波保护功能的无源电力滤波器保护装置，采集的信号包括(1)、5次、7次和11次支路的A相、C相电流信号；[0034](2),5次、7次和11次支路的不平衡电压信号(根据需要也可采集不平衡电流信号；(3)、10kV母线三相电压信号；(4)、断路器信号。采入的各支路A相、C相电流信号和母线电压信号首先应经过二阶RC低通滤波器， 滤除25次以上的谐波。滤波后的信号进入DSP采样，每工频周期采样64点，然后进行64 点离散傅里叶变换得到基波、各次谐波电流和各次谐波电压分量，作为保护的原始依据。针对谐波保护采取如下策略能够根据基波电流加各次谐波电流有效值之和判断电容器是否过流。能够根据基波电压加各次谐波电压之和判断电容器是否过压。能够采集无源滤波器各个支路的断路器或隔离刀状态，并根据这些状态对无源电力滤波器的运行方式作出判断，当无源电力滤波装置工作于非正常组合方式时，保护装置拒投或跳闸。(1)、谐波电流保护功能。该功能可用下式表示
权利要求1.一种用于成套无源电力滤波器保护的谐波保护装置，包括机壳，机壳上有液晶显示屏，其特征在于，所述的机壳内设有信号处理模块(2)，在信号处理模块(2)上分别连接有模拟量采样模块和信号调理模块(1)、电源模块(3)、通讯模块(4)、开关量输入模块(5)、开关量输出模块(6)和人机接口(7)。
2.如权利要求1所述的用于成套无源电力滤波器保护的谐波保护装置，其特征在于， 所述的信号处理模块(2)选择DSP芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种用于成套无源电力滤波器保护的谐波保护装置，包括机壳，机壳上有液晶显示屏，机壳内设有信号处理模块，在信号处理模块上分别连接有模拟量采样模块和信号调理模块、电源模块、通讯模块、开关量输入模块、开关量输出模块和人机接口。可采集五路滤波支路的A相、C相电流和不平衡电压(或不平衡电流)，同时对5路滤波支路实现保护，具备谐波电压保护功能，具备谐波电流保护功能，能够识别无源电力滤波器支路组合方式是否合理并在支路组合方式不合理时拒投或跳闸断路器，可完全适用于无源电力滤波器支路多、支路中谐波含量高的特点。能够充分保护无源电力滤波器的装置安全。
文档编号H02H7/00GK201975758SQ20112013273
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者王恒, 金黎 申请人:西安森宝电气工程有限公司