一种配电变压器负载谐波分离装置制造方法
【专利摘要】基于谐波造成配电变压器能量损耗和冗余，本实用新型公开了一种配电变压器负载谐波分离装置，包括电流互感器、有效值转换器、模/数转换器、谐波分析单元、基波补偿控制单元、基波补偿执行单元、谐波分离单元、电源管理单元和基波磁通补偿变压器；通过采集三相电流，并经过有效值转换、模数转换、电流数据分析，给出基波补偿控制信号、实现晶闸管投切控制，向基波磁通补偿变压器注入基波电流，实现基波电流的零阻抗和谐波电流的高阻抗，迫使谐波电流流入谐波分离单元，最终减少流入电网的谐波电流。
【专利说明】一种配电变压器负载谐波分离装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及谐波抑制与利用领域，特别涉及一种配电变压器负载谐波分离装置。
【背景技术】
[0002]随着电力系统规模的不断扩大以及系统中非线性负荷的不断增加，电力系统受到的“谐波污染”越来越严重。日本国内的调查研究表明，电网谐波约有40%来自于商业、居民用电系统。谐波不仅会降低供配电和用电设备的效率，缩短电气设备的寿命，容易引起各种故障。还会增加电网的网损，使得电网和用电设备之间存在着谐波畸变功率的交换，降低电网的功率因数，导致电能的生产、传输和利用效率降低，增大供电部门的经济损失。此外谐波还会对测量仪器、计量仪表等产生不同程度的影响。电能计量是电网经济核算的依据，它不仅关系着电力生产部门的安全，经济运行和直接经济效益，而且还直接、间接的关系着整个国计民生的经济效益和社会效益。
[0003]目前的谐波治理技术中，应用最为广泛的治理装置是无源滤波器。通常在谐波源附近装设无源滤波装置就近吸收谐波，进行治理，从而将部分谐波电流滤除掉，使其不会流入到电力系统中去，并保证这些非线性负载的正常运行，但它只能吸收特定次数的谐波，动态性能不好。而有源滤波器的滤波性能不会受到系统阻抗和系统频率波动的影响，也不会和系统阻抗之间发生串、并联谐振。虽然有源滤波器克服了无源滤波器固有缺点，实现动态补偿电网谐波，是电网谐波治理的有效手段，然而安装这种滤波器需增加设备投资和运行费用，且当设备需要抑制谐波幅值愈高，其投资和运行费用也愈高。
[0004]电网中的谐波虽然造成了电网功率的冗余和能量损耗，但其本身也是一种能源，如果能改变传统治理谐波时将其滤除的方式，转而将谐波电能分离出来，以便提取利用，这样能既克服谐波在电网中的损耗、改善电能质量又能实现电能的高效利用。
【发明内容】
[0005]基于以上问题的考虑，本实用新型针对当前电网中广大非线性负载向配电网注入大量谐波，造成配电变压器容量冗余和能量损耗，带负载能力下降等问题而设计的一种配电变压器负载谐波分离装置，从而减少因谐波造成的配网和配电变压器损耗等问题。
[0006]为了实现上述目的本实用新型采用如下技术方案:
[0007]—种配电变压器负载谐波分离装置，包括电流互感器、有效值转换器、模/数转换器、谐波分析单元、基波补偿控制单元、基波补偿执行单元、谐波分离单元、电源管理单元和基波磁通补偿变压器；其中所述电流互感器的输出端连接有效值转换器的输入端，有效值转换器的输出端连接模/数转换器的输入端，模/数转换器的输出端连接谐波分析单元的输入端，谐波分析单元的输出端连接基波补偿控制单元的输入端，基波补偿控制单元的输出端与基波补偿执行单元的一端连接，基波补偿执行单元的另一端与基波磁通补偿变压器连接，谐波分离单元并联在基波磁通补偿变压器与负载之间，电源管理单元分别与有效值转换器、模/数转换器、谐波分析单元和基波补偿控制单元的电源端连接。
[0008]为了更好地实现本实用新型的装置，所述基波磁通补偿变压器连接于负载与配电变压器之间。电流互感器安装于靠近配电变压器的三相线上。
[0009]具体地，谐波分离单元由三个电容器和变压器组成，三个电容器的一端分别与三相线连接，三个电容器的另一端均连接到变压器的初级绕组，变压器的次级绕组提供谐波提取接口。
[0010]本实用新型利用电流互感器将大电流信号转换为低量程电信号，通过基波电流分析，以及基波电流注入形成对基波电流的低磁通，以及谐波电流的高阻抗，迫使谐波电流流入分离通道。从而可以有效地治理谐波，克服谐波在电网中的损耗，将谐波电能分离出来，既改善电能质量又实现电能的高效利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]本实用新型的装置可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
[0012]图1是本实用新型的系统结构框图；
[0013]图2是本实用新型基波磁通补偿变压器和谐波分离单元的结构示意图；
[0014]图3是本实用新型的系统原理图；
[0015]图中:1-电流互感器；2_有效值转换器；3_模/数转换器；4_谐波分析单元；5-基波补偿控制单元；6_基波补偿执行单元；7_谐波分离单元；8-电源管理单元；9_基波磁通补偿变压器。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对发明作进一步说明。
[0017]参见图1，一种配电变压器负载谐波分离装置，主要由电流互感器1、有效值转换器2、模/数转换器3、谐波分析单元4、基波补偿控制单元5、基波补偿执行单元6、谐波分离单元7、电源管理单元8、基波磁通补偿变压器9构成。基波磁通补偿变压器9和谐波分离单元7的连接示意图如图2，基波磁通补偿变压器9位于负载和配电变压器之间，形成对基波电流的低阻抗和对谐波电流的高阻抗，抑制谐波电流流入电网并迫使其流入谐波分离单元7 ο
[0018]电流互感器I的输出端连接有效值转换器2的输入端，有效值转换器2的输出端连接模/数转换器3的输入端，模/数转换器3的输出端连接谐波分析单元4的输入端，谐波分析单元4的输出端连接基波补偿控制单元5的输入端，基波补偿控制单元5的输出端与基波补偿执行单元6的一端连接，基波补偿执行单元6的另一端与基波磁通补偿变压器9连接，谐波分离单元7并联在基波磁通补偿变压器9与负载之间，电源管理单元8分别与有效值转换器2、模/数转换器3、谐波分析单元4和基波补偿控制单元5的电源端连接。
[0019]其中，电流互感器I采用高精度钳形电流互感器，用于采集三相电路电流，包括基波电流和谐波电流，将基波电流和谐波电流转换成低电量信号，供转换成能够由数字芯片处理的弱电信号。
[0020]有效值转换器2采用AD637JQZ，能处理的范围为0_5A，本装置中用来将采样来的离散值转换成恒定的有效值，以便送往模/数转换器3处理。
[0021]模/数转换器3采用ADC0809，用于将经过电流互感器I处理的模拟信号转换成单片机能够处理的离散二进制信号，然后送往中央处理器中的谐波分析单元4。
[0022]谐波分析单元4采用高性能DSP芯片dsPIC30F3011，主要用于分析三相电路中的各种电流分量，提取出所需要的基波电流分量和谐波电流分量(现有技术中此方法较多此处不再赘述)，然后将结果送往基波补偿控制单元5。
[0023]基波补偿控制单元5采用32位内核MCU芯片STM32F103VET6，主要用于获取谐波分析单元4处理后的基波电流分量，并控制基波补偿执行单元6的晶闸管，使基波补偿执行单元6动作。
[0024]基波补偿执行单元6采用PWM控制的有源逆变器，根据基波补偿控制单元5的信号动作，产生跟电网基波同相的基波电流，并注入基波磁通补偿变压器的次级绕组，补偿基波磁通，使变压器阻抗对基波呈零阻抗，而对谐波呈高阻抗，抑制谐波流入电网，并迫使其流入谐波分离单元7中。
[0025]谐波分离单元7由电容器和特制变压器初级绕组组成，形成主要次特征谐波的通道。通过变压器次级绕组将谐波提取出，供后续处理和利用。
[0026]电源管理单元8采用电源转换芯片LM7809和LM7805，可为有效值转换器2提供+9V电源，为模/数转换器3、谐波分析单元4和基波补偿控制单元5+5V电源。
[0027]参见图3，本实用新型的处理过程如下:通过电流互感器采集基本电流参量，包括基波电流与谐波电流，将采集到的电流参量进行有效值转换、模/数转换处理后通过谐波分析单元计算出其中的基波与谐波分量，并由基波补偿控制单元向基波补偿执行单元输送控制信号，控制其中晶闸管的投切，形成基波电流注入到基波磁通补偿变压器的次级绕组、形成对基波的低阻抗，对谐波电流的高阻抗，迫使谐波电流流入谐波分离单元。通过谐波分离单元中的变压器次级绕组提取谐波电能。
【权利要求】
1.一种配电变压器负载谐波分离装置，其特征在于，包括电流互感器(I)、有效值转换器(2)、模/数转换器(3)、谐波分析单元(4)、基波补偿控制单元(5)、基波补偿执行单元(6)、谐波分离单元(7)、电源管理单元(8)和基波磁通补偿变压器(9);其中所述电流互感器(I)的输出端连接有效值转换器(2)的输入端，有效值转换器(2)的输出端连接模/数转换器(3)的输入端，模/数转换器(3)的输出端连接谐波分析单元(4)的输入端，谐波分析单元(4)的输出端连接基波补偿控制单元(5)的输入端，基波补偿控制单元(5)的输出端与基波补偿执行单元(6)的一端连接，基波补偿执行单元(6)的另一端与基波磁通补偿变压器(9)连接，谐波分离单元(7)并联在基波磁通补偿变压器(9)与负载之间，电源管理单元(8)分别与有效值转换器(2)、模/数转换器(3)、谐波分析单元(4)和基波补偿控制单元(5)的电源端连接。
2.根据权利要求1所述一种配电变压器负载谐波分离装置，其特征在于:所述基波磁通补偿变压器(9)连接于负载与配电变压器之间。
3.根据权利要求1所述一种配电变压器负载谐波分离装置，其特征在于:所述电流互感器(I)安装于靠近配电变压器的三相线上。
4.根据权利要求1所述一种配电变压器负载谐波分离装置，其特征在于:所述谐波分离单元(7)由三个电容器和变压器组成，三个电容器的一端分别与三相线连接，三个电容器的另一端均连接到变压器的初级绕组，变压器的次级绕组提供谐波提取接口。
【文档编号】H02J3/01GK204243759SQ201420680599
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】刘勇, 冉龙明, 刘钊 申请人:国网重庆市电力公司江津供电分公司, 国家电网公司