专利名称：基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力控制技术，特别涉及一种基于变电站共用母线不同 负荷电能控制系统。
背景技术：
由于变电站共用母线上通常带有很多种负荷，有离变电站近的负荷，也 有远的负荷，既有工业负荷，也有商业负荷。因此变电站的无功及谐波含量 经常发生变化，需要对其进行调节，不然调节不好会造成变电站崩溃。目前 通常做法有两种。 一种是集中控制，即在变电站端加无功补偿及滤波装置， 而负载端不进行补偿。这种方法的缺点是变电站端补偿装置容量大，体积也 大，而且一旦装置出现故障，系统将有可能瘫痪。此外，由于是集中控制， 虽然变电站端总的无功和谐波得到补偿和滤除，但各个负荷所在地的电能质 量不一定高，因为有可能是这个负荷无功功率高，那个负荷无功功率低，两 者之间相互抵消，致使总的无功达到平衡。另一种是分散控制，即在各个负 荷端实现无功补偿及谐波消除，而变电站端不进行控制。这种控制的缺点是 各个负荷各自为阵，对其无功和谐波进行补偿和消除，各个负荷之间没有统 一管理及协调控制，这样将会造成一个负荷的无功和谐波会被另一个负荷的 补偿装置进行补偿，即相互之间存在耦合，最终使得变电站总的无功补偿和 谐波补偿不能达到满意效果。此外，目前分散控制还存在的一个缺点就是补
偿装置要么只采用电容组补偿无功，要么是采用LC器件构成无源滤波装置 只消除谐波，而综合采用可投切的补偿电容器组、LC组合和有源滤波器的电路拓扑来同时补偿无功及滤除谐波的装置还没有，因此并不能真正提高本地 负荷的电能质量。
目前关于无功补偿及谐波补偿的专利大致有以下几类
(1) 无功功率补偿型这种类型只对负荷无功功率进行补偿，而对谐波不
进行滤除，如专利200710022178所公开的大容量动态无功补偿系统；
(2) 谐波滤除型专利号CN200420076979.2公开了一种大容量并联型有 源滤波器，但其只是滤除负荷谐波，而对负荷无功并不进行补偿；
(3) 无功补偿及谐波滤除综合型这种装置不仅补偿无功，也滤除谐波， 如专利200610042823和200710192663。但这些专利仅是简单的把无功补偿 器件与谐波滤除装置简单的结合起来，并没有采用可投切的补偿电容器组、 LC组合和有源滤波器的综合电路拓扑；
(4) 控制策略型这类专利只是对无功补偿或谐波滤除装置的算法或控制
方法进行了阐述和分析，如专利200610166003公布的混合型有源滤波器的 电流跟踪控制方法，专利200610166004公布的混合型有源滤波器的分频控 制方法，专利200710064300公布的并网发电和电网电力有源滤波的统一控 制方法。
发明内容
本发明是针对现有变电站共用母线上不同负荷分别控制导致电能质量低 的问题，提出了一种基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统，统一管理 电能。采用主从控制方式及分布式结构，变电站与各负荷之间釆用无线网络 进行数据交换，可以实现变电站各负荷的统一管理和协调控制，使得各负荷 之间相互解耦，互不干扰。同时，各负荷又可以根据自己本身特点采用可投切的补偿电容器组、LC组合和有源滤波器的综合电路拓扑，灵活的实现本地 无功补偿及谐波滤除，真正提高电能质量。
本发明的技术方案为 一种基于变电站共用母线不同负荷电能控制系 统，包括变电站、数个负荷、无线网络。变电站、数个负荷之间形成主从关 系，数个负荷是共用变电站的同一母线，其无功及谐波在共用母线上流动， 数个负荷通过无线网络接收变电站无线网络发出的指令，负荷根据本地特 点，按照优化与协调算法，进行电能优化及监控，最后把相关数据通过无线 网络传送回变电站，由变电站进行集中优化与控制。
所述负荷带有综合电能调节器。综合电能调节器包括有源滤波器、动态 无功补偿器、固定谐波消除无源滤波器及DSP控制器四个部分，其中有源滤 波器、动态无功补偿器、固定谐波消除无源滤波器并联连接于共用母线上，
构成本地主电路，DSP控制器则作为控制电路，对本地主电路进行协调与控制。
所述有源滤波器由六个电力电子器件IGBT构成三相六桥臂电路，且每 个IGBT器件都反并联一个二极管，三相六桥臂交流端通过三个电感连接到 共用母线上，而三相六桥臂直流端连接到储能电容上。
所述动态无功补偿器由四路电容器补偿通路并联构成，每路电容器补偿 通路由双向晶闸管构成的无触点开关与电力电容器串联组成，其投切顺序按 照先投后切原则，每路电容器容量按照2的倍数次递增。
所述固定谐波消除无源滤波器由三路无源滤波器并联构成，每路无源滤 波器由设计计算的电感和电容器串联构成，用于滤除谐波和无功补偿。
本发明的有益效果在于本发明基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统，不仅可以实现整个变电站的电能统一协调管理，提高其可靠性，还可 使不同负荷按照自己的特点进行相应的无功补偿及谐波滤除，实现了 "面" 与"点"的统一管理与调节，真正提高电能的质量和提供系统的可靠性。
图1是本发明基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统分布式结构示意 图2是本发明基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统中负荷自带的综合 电能质量调节器示意图3是本发明基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统中变电站与各负荷 之间无功功率补偿关系示意图4是本发明基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统中本地负荷动态无 功功率补偿关系示意图5是本发明基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统中变电站与各负荷 之间谐波补偿关系示意图6是本发明基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统中变电站与本地负
荷谐波滤除关系示意图。
具体实施例方式
基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统的工作原理图如图1、 2所 示。其中图1是变电站与各负荷的分布式结构，主要是实现不同负荷的电能 优化与统一管理；由变电站l及n个负荷3构成，它们之间形成主从关系， 这n个负荷3是共用变电站的同一母线，其无功及谐波在共用母线上流动， 负荷通过无线网络接收变电站无线网络发出的指令，然后根据本地特点，按照优化与协调算法，进行电能优化及监控，最后把相关数据传送回变电站， 由变电站进行集中优化与控制。
图2是采用可投切的补偿电容器组、LC组合和有源滤波器的综合电能调
节器，其主要功能是根据本地自身特点和要求，灵活控制相应的器件组合实
现无功补偿和谐波滤除；变电站与各负荷之间通过无线网络进行双向数据交 换，既实现了各个分负荷的电能优化及监控，又使得变电站共用母线不同负 荷的协调控制，增强了变电站供电的稳定性；综合电能调节器由有源滤波器 5、动态无功补偿器6、固定谐波消除无源滤波器7及DSP控制器8四个部分 构成，各个部分与负荷并联连接，其中有源滤波器5又由六个电力电子器件 IGBT (分别是Tl、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)构成三相六桥臂电路，且每个 IGBT器件都反并联一个二极管，它们分别是Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6。三 相六桥臂交流端通过三个电感La、 Lb、 Lc连接到共用母线上，其主要功能 是滤除本地负荷的高次谐波及改善输出波形。而三相六桥臂直流端连接到储 能电容C;动态无功补偿器6由四路电容器补偿通路并联构成，分别是 K1，C1、 K2，C2、 K3，C3、 K4， C4， Kl， K2， K3, K4是由双向晶闸管构成的无触点 开关，其投切顺序按照先投后切原则，C1,C2，C3,C4是电力电容器，每路电 容器容量按照2的倍数次递增，其功能是动态补偿本地的无功功率；固定谐 波消除无源滤波器7由三路无源滤波器构成，分别是L5，C5、 L7，C7、 L11，C11，用于滤除本地固定的5次、7次、11次谐波，同时还兼有无功补偿 的功能。DSP控制器8主要由信号检测、谐波及无功检测、P丽脉冲发生 器、保护电路以及相应的键盘、显示等外围电路，其功能是通过无线网络接 收变电站的指令，然后根据本地特点，按照优化与协调算法，控制动态无功补偿器的投切和有源滤波器的补偿量大小，最后把相关数据传送回变电站， 由变电站进行集中优化与控制。
基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统采用无线网络实现变电站与 不同负荷之间的双向数据交互，既实现了各个分负荷的电能优化及监控，又
使得变电站共用母线不同负荷的协调控制，增强了变电站供电的稳定性；采 用可投切的补偿电容器组、LC组合及无源和有源的综合协调电路拓扑结构， 从而可实现本地无功补偿和谐波滤除，真正提高电能质量。
实例假设变电站需要提供无功功率总量为e，且e:Q+込+a，如果直
接在变电站端实行集中补偿，则容量比较大，可靠性也比较差，因此实行分
布式补偿，负荷1补偿Q，负荷2补偿込，负荷3补偿込，同样可以向变电
站补偿无功功率总量为e。如果负荷3补偿装置出现故障，则变电站可以告
知负荷4补偿无功功率込，保持总的无功功率为^，增强了系统的稳定性， 其补偿示意图如图3所示。假设Q为3个单位量的无功，则DSP控制器可以 控制动态无功补偿器的无触点开关K1， K2闭合，使C1，C2 (C2=2C1)连接到 共用母线上，提供3个单位量的无功，而无触点开关K3， K4断开，不提供无 功功率补偿，其补偿示意图如图4所示。
同样可知变电站的谐波为^=^ + ^ + ^，则负荷1消除谐波电流^， 负荷2消除谐波电流《2，负荷3消除谐波电流《3，如图5所示。又假设 ^ = zW5 + zW7 + zwll + ^，贝U DSP控制器分配低次谐波电流&5、 zW7、 z'wu由固 定谐波消除装置进行滤除，而其它高次谐波^及剩余谐波由有源滤波器进行 滤除，结合两者的优点，不仅可以使性价比提高，其波形质量也得到改善， 其补偿示意图如图6所示。
权利要求
1、一种基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统，包括变电站、数个负荷，其特征在于还包括无线网络，变电站、数个负荷之间形成主从关系，数个负荷是共用变电站的同一母线，其无功及谐波在共用母线上流动，数个负荷通过无线网络接收变电站无线网络发出的指令，负荷根据本地特点，按照优化与协调算法，进行电能优化及监控，最后把相关数据通过无线网络传送回变电站，由变电站进行集中优化与控制。
2、根据权利要求1所述基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统，其特征在于，所述负荷带有综合电能调节器。
3 、根据权利要求2所述基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统，其特征在于，所述综合电能调节器包括有源滤波器、动态无功补偿器、固定谐波消除无源滤波器及DSP控制器四个部分，其中有源滤波器、动态无功补偿器、固定谐波消除无源滤波器并联连接于共用母线上，构成本地主电路，DSP控制器则作为控制电路，对本地主电路进行协调与控制。
4 、根据权利要求3所述基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统，其特征在于，所述有源滤波器由六个电力电子器件IGBT构成三相六桥臂电路，且每个IGBT器件都反并联一个二极管，三相六桥臂交流端通过三个电感连接到共用母线上，而三相六桥臂直流端连接到储能电容上。
5 、根据权利要求3所述基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统，其特征在于，所述动态无功补偿器由四路电容器补偿通路并联构成，每路电容器补偿通路由双向晶闸管构成的无触点开关与电力电容器串联组成，其投切顺序按照先投后切原则，每路电容器容量按照2的倍数次递增。
6、根据权利要求3所述基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统，其特征在于，所述固定谐波消除无源滤波器由三路无源滤波器并联构成，每路无源滤波器由设计计算的电感和电容器串联构成，用于滤除谐波和无功补偿。
全文摘要
本发明涉及一种基于变电站共用母线不同负荷电能控制系统。其特点是变电站与共用母线上不同负荷构成主从关系，由变电站进行协调和优化控制，然后通过无线网络把相应的控制命令传送到相对应的负荷，本地负荷根据无线网络接收器接收到信号，控制本地的电能调节器进行无功补偿和谐波滤除，从而实现整个变电站的电能统一协调管理，提高其可靠性，还可使不同负荷按照自己的特点进行相应的无功补偿及谐波滤除，实现了“面”与“点”的统一管理与调节。
文档编号H02J3/00GK101552469SQ200810207320
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月19日 优先权日2008年12月19日
发明者忠 唐, 曹以龙, 江友华 申请人:上海电力学院