專利名稱：一種用于成套無源電力濾波器保護(hù)的諧波保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無源電力濾波器保護(hù)裝置，特別是一種能夠針對成套無源電力濾波器支路多、濾波支路諧波電流含量大、諧波電壓含量大等特點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)的裝置，該裝 置基于DSP技術(shù)并包含了適用于無源電力濾波器濾波支路的特殊算法，能很好的達(dá)到對無源電力濾波器進(jìn)行保護(hù)的目的。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)中大量應(yīng)用的電弧設(shè)備、鐵磁設(shè)備等非線性裝置運(yùn)行中會產(chǎn)生很大的諧波， 近年來越來越多的電力電子裝置的應(yīng)用更加劇了諧波污染。諧波的存在給公用電網(wǎng)帶了嚴(yán)重危害，如增加系統(tǒng)中元件的附加損耗、影響各種電氣設(shè)備的正常工作、導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作等。目前的濾波手段主要有有源電力濾波和無源電力濾波兩種，無源電力濾波器因其成本低、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便等原因得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的無源電力濾波器保護(hù)主要靠電容器保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)，電容器保護(hù)裝置一般包括過流保護(hù)、零序過流保護(hù)、過電壓保護(hù)、 低電壓保護(hù)、不平衡電壓保護(hù)、不平衡電流保護(hù)、非電量保護(hù)等。電容器保護(hù)裝置采集相關(guān)的電壓、電流模擬量，計(jì)算出相應(yīng)的保護(hù)參數(shù)作為判據(jù)，保護(hù)參數(shù)是按照電壓、電流模擬量中的工頻參數(shù)來計(jì)算的，這對于無功補(bǔ)償支路較為合適，但對于諧波含量較多的無源電力濾波支路的保護(hù)則較為欠缺，無法考慮到諧波電流在支路中可能造成的過流和過壓，而這些由諧波導(dǎo)致的過流和過壓都有可能會縮短無源電力濾波器的壽命嚴(yán)重時甚至?xí)p壞濾波器。另外，常用的濾波器配置方案中，通常由一臺斷路器投切整套無源電力濾波器，每一條濾波支路都必須配備一臺電容器保護(hù)裝置，成套裝置二次接線繁瑣，保護(hù)裝置成本較高， 對電容器保護(hù)裝置的資源也沒有充分利用。
發(fā)明內(nèi)容針對電容器保護(hù)裝置在無源電力濾波器保護(hù)中存在的缺陷或不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種用于成套無源電力濾波器保護(hù)的諧波保護(hù)裝置，該裝置除了具備電容器保護(hù)裝置的過流、零序過流、過電壓、低電壓等工頻保護(hù)功能外，還具備針對諧波的諧波電流保護(hù)、諧波電壓保護(hù)、聯(lián)鎖保護(hù)和多條濾波支路的保護(hù)功能，真正達(dá)到保護(hù)無源電力濾波器的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案一種用于成套無源電力濾波器保護(hù)的諧波保護(hù)裝置，包括機(jī)殼，機(jī)殼上有液晶顯示屏，其特征在于，所述的機(jī)殼內(nèi)設(shè)有信號處理模塊，在信號處理模塊上分別連接有模擬量采樣模塊和信號調(diào)理模塊、電源模塊、通訊模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊和人機(jī)接口。本實(shí)用新型的用于成套無源電力濾波器保護(hù)的諧波保護(hù)裝置，能夠根據(jù)基波電壓加各次諧波電壓之和判斷電容器是否過壓。在原有電容器保護(hù)裝置的保護(hù)軟件的基礎(chǔ)上增加了與諧波電流和電壓保護(hù)相關(guān)功能，硬件上也根據(jù)需要做了調(diào)整，增加了模擬量采樣通道的個數(shù)，這樣的設(shè)計(jì)方案使諧波保護(hù)裝置在實(shí)現(xiàn)諧波保護(hù)功能的同時，也達(dá)到了與現(xiàn)有成熟的電容器保護(hù)裝置同樣的可靠性。
該用于成套無源電力濾波器保護(hù)的諧波保護(hù)裝置在傳統(tǒng)的電容器保護(hù)裝置的保護(hù)配置基礎(chǔ)上增加了以下功能(1)諧波電流保護(hù)功能。計(jì)算各次濾波之路上基波電流和各次諧波電流之和的有效值，當(dāng)該值大于整定值時動作，整定值一般設(shè)為電容器額定電流的1. 35倍。諧波一般計(jì)算到25次。(2)諧波電壓保護(hù)功能。計(jì)算各次濾波支路上各次諧波電流在電容器上產(chǎn)生的電壓降之和，當(dāng)基波電流和諧波電流在電容器上產(chǎn)生的電壓降之和大于整定值時動作，整定值一般等于電容器額定電壓。諧波一般計(jì)算到25次。(3)多路采集功能。采集所有濾波支路的相關(guān)電壓、電流等參數(shù)，最多可采集五條支路，對所有無源濾波進(jìn)行統(tǒng)一保護(hù)。(4)聯(lián)鎖保護(hù)功能。采集無源濾波器各個支路的斷路器或隔離刀狀態(tài)，識別無源濾波器的工作狀態(tài)，當(dāng)濾波支路組合不合理時，保護(hù)裝置拒投或跳間，使無源電力濾波器避免可能產(chǎn)生的諧波放大。如無源電力濾波器由5、7、11次濾波支路組成時，當(dāng)5次濾波支路故障跳閘時，7次和11次濾波支路也應(yīng)跳閘，而當(dāng)僅投7次和11次時保護(hù)裝置拒投。

圖1是本實(shí)用新型的硬件系統(tǒng)原理圖。圖2是諧波保護(hù)裝置的保護(hù)信號采集應(yīng)用原理圖。圖3是諧波保護(hù)裝置端子的定義。圖4-1是DSP的外圍電路原理圖；圖4-2是開關(guān)量模塊輸入、輸出原理圖；圖4-3是總線板原理圖；圖4-4是模擬信號調(diào)理原理圖。
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對本實(shí)用新型作出進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，依本實(shí)用新型的技術(shù)方案，本實(shí)施例給出一種具有諧波保護(hù)功能的無源電力濾波器保護(hù)裝置，包括機(jī)殼，機(jī)殼上有液晶顯示屏，機(jī)殼內(nèi)設(shè)有信號處理模塊2(以下稱CPU)，CPU上分別連接模擬量采樣模塊和信號調(diào)理模塊1、電源模塊3、通訊模塊4、開關(guān)量輸入模塊5、開關(guān)量輸出模塊6和人機(jī)接口 7。其中，模擬量采樣模塊和信號調(diào)理模塊1完成模擬信號的轉(zhuǎn)換、調(diào)理和低通濾波， CPU完成信號的A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)算和輸出并通過光耦驅(qū)動輸出繼電器；CPU內(nèi)固化有保護(hù)軟件， 以實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)、零序過流保護(hù)、過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)、不平衡電壓保護(hù)、不平衡電流保護(hù)、非電量保護(hù)、諧波電流保護(hù)、諧波電壓保護(hù)、聯(lián)鎖跳閘等功能。人機(jī)接口 7完成使用者與保護(hù)裝置之間的信息交互。圖2是本實(shí)用新型的應(yīng)用保護(hù)原理圖。參見圖2，該實(shí)施例中，將制備的用于IOkV無源電力濾波器保護(hù)的諧波保護(hù)裝置通過1臺斷路器掛在IOkV母線下，無源電力濾波裝置設(shè)5次、7次和11次三個濾波支路，諧波保護(hù)裝置采集各個支路的A相電流、C相電流、不平衡電壓、母線電壓信號和斷路器狀態(tài)等參數(shù)，根據(jù)參數(shù)設(shè)置當(dāng)某個支路出現(xiàn)故障時可發(fā)出告警信號或跳閘斷路器。在該實(shí)施例中，無源電力濾波裝置由5次濾波支路、7次濾波支路和11次濾波支路組成，由一臺保護(hù)裝置同時對三個濾波支路進(jìn)行檢測和保護(hù)。圖3是保護(hù)裝置端子定義，圖3中，CZl中的端子101、102、103、104四個端子，端子 103和104懸空，端子101是24V正極，端子102是24V負(fù)極。端子CZl中的105、106、107、 108四個端子，端子105是220L，端子106是220N，端子108懸空。CZ2 中的端子 201,202,…、210，211、212…、220，其中，201 為 485+, 202 為 485-, 203 208依次是開關(guān)量輸入1 開關(guān)量輸入6，209是斷路器狀態(tài)，210是開關(guān)量公共負(fù)， 211、212是告警出口(長信號)，213、214是控制器跳閘出口(延時Is的脈沖信號)，215和216 為備用出口 1，217和218為備用出口 2，219和220為備用出口 3。CZ3中的端子301、302、...、320，其中，301 304依次為母線A相電壓 母線N相電壓，305是母線A相電流進(jìn)，306是母線A相電流出，307是母線B相電流進(jìn)，308是母線B 相電流出，309是母線C相電流進(jìn)，310是母線C相電流出，311和312是支路1不平衡電壓， 313和314是支路2不平衡電壓，315和316是支路3不平衡電壓，317和318是支路4不平衡電壓，319和320是支路5不平衡電壓。CZ4中的端子401、402、...、420，其中，401是支路1的A相電流進(jìn)，402是支路1 的A相電流出，403是支路1的C相電流進(jìn)，404是支路1的C相電流出，405是支路2的A 相電流進(jìn)，406是支路2的A相電流出，407是支路2的A相電流進(jìn)，408是支路2的C相電流出，409是支路3的A相電流進(jìn)，410是支路3的A相電流出，411是支路3的C相電流進(jìn)， 412是支路3的C相電流出，413是支路4的A相電流進(jìn)，414是支路4的A相電流出，415 是支路4的C相電流進(jìn)，416是支路4的C相電流出，417是支路5的A相電流進(jìn)，418是支路5的A相電流出，419是支路5的C相電流進(jìn)，420是支路5的C相電流出。在本實(shí)施例中，CPU選擇DSP芯片。圖4-1是DSP芯片的外圍電路原理圖；主要包括 DSP 芯片(U2), DS1302 芯片(U5), X5643 芯片(U4), 74HC245 芯片(U6)，集成電路 SN74 HC139N (U7A，U7B)。DSP芯片(U2)是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。DS1302芯片(U5)可以對年、月、日、周日、時、 分、秒進(jìn)行計(jì)時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2. 5V 5. 5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個 31X8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。圖4-2是開關(guān)量模塊輸入、輸出原理圖；主要包括光耦TLP521-4 (Q5，Q6)，達(dá)林頓管MC1413 (U6), MC1413 (U6)最大集電極電流可達(dá)500mA。能夠在關(guān)態(tài)時承受50V電壓， 輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。圖4-3是總線板原理圖；圖4-4是模擬信號調(diào)理原理圖。本實(shí)施例的有諧波保護(hù)功能的無源電力濾波器保護(hù)裝置，采集的信號包括(1)、5次、7次和11次支路的A相、C相電流信號；[0034](2),5次、7次和11次支路的不平衡電壓信號(根據(jù)需要也可采集不平衡電流信號；(3)、10kV母線三相電壓信號；(4)、斷路器信號。采入的各支路A相、C相電流信號和母線電壓信號首先應(yīng)經(jīng)過二階RC低通濾波器， 濾除25次以上的諧波。濾波后的信號進(jìn)入DSP采樣，每工頻周期采樣64點(diǎn)，然后進(jìn)行64 點(diǎn)離散傅里葉變換得到基波、各次諧波電流和各次諧波電壓分量，作為保護(hù)的原始依據(jù)。針對諧波保護(hù)采取如下策略能夠根據(jù)基波電流加各次諧波電流有效值之和判斷電容器是否過流。能夠根據(jù)基波電壓加各次諧波電壓之和判斷電容器是否過壓。能夠采集無源濾波器各個支路的斷路器或隔離刀狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)對無源電力濾波器的運(yùn)行方式作出判斷，當(dāng)無源電力濾波裝置工作于非正常組合方式時，保護(hù)裝置拒投或跳閘。(1)、諧波電流保護(hù)功能。該功能可用下式表示
權(quán)利要求1.一種用于成套無源電力濾波器保護(hù)的諧波保護(hù)裝置，包括機(jī)殼，機(jī)殼上有液晶顯示屏，其特征在于，所述的機(jī)殼內(nèi)設(shè)有信號處理模塊(2)，在信號處理模塊(2)上分別連接有模擬量采樣模塊和信號調(diào)理模塊(1)、電源模塊(3)、通訊模塊(4)、開關(guān)量輸入模塊(5)、開關(guān)量輸出模塊(6)和人機(jī)接口(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于成套無源電力濾波器保護(hù)的諧波保護(hù)裝置，其特征在于， 所述的信號處理模塊(2)選擇DSP芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于成套無源電力濾波器保護(hù)的諧波保護(hù)裝置，包括機(jī)殼，機(jī)殼上有液晶顯示屏，機(jī)殼內(nèi)設(shè)有信號處理模塊，在信號處理模塊上分別連接有模擬量采樣模塊和信號調(diào)理模塊、電源模塊、通訊模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊和人機(jī)接口?？刹杉迓窞V波支路的A相、C相電流和不平衡電壓(或不平衡電流)，同時對5路濾波支路實(shí)現(xiàn)保護(hù)，具備諧波電壓保護(hù)功能，具備諧波電流保護(hù)功能，能夠識別無源電力濾波器支路組合方式是否合理并在支路組合方式不合理時拒投或跳閘斷路器，可完全適用于無源電力濾波器支路多、支路中諧波含量高的特點(diǎn)。能夠充分保護(hù)無源電力濾波器的裝置安全。
文檔編號H02H7/00GK201975758SQ20112013273
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者王恒, 金黎 申請人:西安森寶電氣工程有限公司