專利名稱：電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能質(zhì)量?jī)?yōu)化技術(shù)，尤其涉及一種電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)工業(yè)、商業(yè)、以及家庭等用電需求量的不斷擴(kuò)大，電能質(zhì)量的重要性也越 來越突出。然而，許多電網(wǎng)負(fù)載都是諧波源，它們產(chǎn)生諧波并消耗無功，從而降低了公用電 網(wǎng)的電能質(zhì)量，導(dǎo)致用電系統(tǒng)的綜合用電效率下降，甚至干擾或終止用電設(shè)備的正常運(yùn)行， 給工業(yè)、商業(yè)、以及家庭用電等用戶帶來嚴(yán)重的危害。因此，要使電網(wǎng)的電能質(zhì)量得到優(yōu)化， 就必須消除電網(wǎng)負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流并補(bǔ)償其消耗的無功?，F(xiàn)有技術(shù)的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化通?？赏ㄟ^電力有源濾波器裝置、無功補(bǔ)償裝置、電能 質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置方案實(shí)現(xiàn)，其中電力有源濾波器裝置可以對(duì)系統(tǒng)諧波和無功進(jìn)行精確補(bǔ)償，效果良好，但其成本 昂貴、體積大、能耗高、噪音高；無功補(bǔ)償裝置成本低，但只能對(duì)系統(tǒng)無功進(jìn)行大致范圍補(bǔ)償，對(duì)諧波無法補(bǔ)償或 濾除，效果差、體積大；而電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置可對(duì)無功進(jìn)行精確補(bǔ)償、對(duì)諧波進(jìn)行補(bǔ)償，成本介于上述兩 者之間，體積小、功率密度大、能耗低、噪音低。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中常見的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置的系統(tǒng)構(gòu)成原理圖；如圖所示， 其包括連接到負(fù)載11端的用于檢測(cè)負(fù)載11產(chǎn)生的諧波及無功電流的電流檢測(cè)電路12、設(shè) 置在所述電流檢測(cè)電路12和交流電源％之間的諧波電流補(bǔ)償支路13和無功電流補(bǔ)償支 路14。其中，諧波電流補(bǔ)償支路13在電流檢測(cè)電路12檢測(cè)到電網(wǎng)中含有諧波電流時(shí)對(duì)其 進(jìn)行消除、無功電流補(bǔ)償支路14在電流檢測(cè)電路12檢測(cè)到電網(wǎng)需要補(bǔ)償無功時(shí)對(duì)其進(jìn)行 無功補(bǔ)償，從而達(dá)到消除諧波和補(bǔ)償無功的目的，使電網(wǎng)電流為純凈的正弦波。然而，發(fā)明人在實(shí)施本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，這種電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置雖然能對(duì)負(fù)載 消耗的無功進(jìn)行精確補(bǔ)償，但其補(bǔ)償效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法，該方法可大大提高對(duì)電網(wǎng)的無功補(bǔ) 償效率。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置，該裝置可大大提高對(duì)電網(wǎng)的 無功補(bǔ)償效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法，包括以下步驟電流檢測(cè)步驟，檢測(cè)從交流電源到負(fù)載之間線路上的諧波和無功電流；指令電流運(yùn)算步驟，根據(jù)檢測(cè)到的諧波和無功電流計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)；支路調(diào)度步驟，根據(jù)所述指令信號(hào)，控制無功電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行無功 補(bǔ)償、諧波電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行諧波補(bǔ)償或無功補(bǔ)償。
所述支路調(diào)度步驟具體包括諧波補(bǔ)償調(diào)度步驟，當(dāng)所述指令電流為諧波補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，控制所述諧波電流補(bǔ)償 支路對(duì)交流電源進(jìn)行諧波補(bǔ)償；無功粗補(bǔ)償調(diào)度步驟，當(dāng)所述指令電流為無功補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，控制所述無功電流補(bǔ) 償支路對(duì)交流電源進(jìn)行無功粗補(bǔ)償；無功精確補(bǔ)償調(diào)度步驟，在所述諧波電流補(bǔ)償支路存在裕量的情況下，控制所述 諧波電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行無功精確補(bǔ)償。優(yōu)選地，還包括有高通濾波步驟，在交流電源端對(duì)補(bǔ)償后的電源電流進(jìn)行高通濾 波，消除所述電源電流中的諧波成分。在所述電流檢測(cè)步驟中，同時(shí)檢測(cè)所述從交流電源到負(fù)載線路上的電源端和負(fù)載 端電流?；蛘撸谒鲭娏鳈z測(cè)步驟中，檢測(cè)所述從交流電源到負(fù)載線路上的電源端或負(fù) 載端電流。相應(yīng)地，本發(fā)明還公開了一種電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置，包括有諧波電流補(bǔ)償支路和無 功電流補(bǔ)償支路，該裝置還包括有電流檢測(cè)單元，連接到從交流電源到負(fù)載之間的線路上，用于檢測(cè)該線路上的諧 波和無功電流；指令電流運(yùn)算單元，與所述電流檢測(cè)單元相連，用于根據(jù)所述電流檢測(cè)單元檢測(cè) 到的諧波和無功電流計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)；支路調(diào)度單元，與所述指令電流運(yùn)算單元、諧波電流補(bǔ)償支路和無功電流補(bǔ)償支 路相連，用于根據(jù)所述指令電流運(yùn)算單元發(fā)送的指令信號(hào)，控制所述無功電流補(bǔ)償支路對(duì) 交流電源進(jìn)行無功補(bǔ)償、諧波電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行諧波補(bǔ)償或無功補(bǔ)償。優(yōu)選地，還包括有高通濾波單元，連接在所述交流電源端，用于對(duì)補(bǔ)償后的電源電 流進(jìn)行高通濾波，消除所述電源電流中的諧波成分。所述支路調(diào)度單元具體包括諧波補(bǔ)償調(diào)度單元，與所述指令電流運(yùn)算單元和諧波電流補(bǔ)償支路相連，用于當(dāng) 所述指令電流為諧波補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，控制所述諧波電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行諧波補(bǔ)償；無功粗補(bǔ)償調(diào)度單元，與所述指令電流運(yùn)算單元和無功電流補(bǔ)償支路相連，用于 當(dāng)所述指令電流為無功補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，控制所述無功電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行無功粗補(bǔ) 償；無功精確補(bǔ)償調(diào)度單元，與所述指令電流運(yùn)算單元和諧波電流補(bǔ)償支路相連，用 于在所述諧波電流補(bǔ)償支路存在裕量的情況下，控制所述諧波電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn) 行無功精確補(bǔ)償。所述電流檢測(cè)單元分別連接到所述從交流電源到負(fù)載線路上的電源端和負(fù)載端。或者，所述電流檢測(cè)單元連接到所述從交流電源到負(fù)載線路上的電源端或負(fù)載端。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法及裝置，其無功電流補(bǔ)償支路 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，而其諧波電流補(bǔ)償支路既對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行諧波補(bǔ)償，也對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功 補(bǔ)償，從而大大提高了對(duì)電網(wǎng)的無功補(bǔ)償效率。
為了能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征以及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì) 說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。


下面結(jié)合附圖，通過對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案 及其他有益效果顯而易見。附圖中，圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第一實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第一實(shí)施例中優(yōu)化原理的波形示意圖；圖4是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第一實(shí)施例中檢測(cè)諧波和無功電流的運(yùn)算模 型示意圖；圖5是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第一實(shí)施例的負(fù)載電流波形示意圖；圖6是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第一實(shí)施例的控制模型示意圖；圖7是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第一實(shí)施例中補(bǔ)償后電源電流波形示意圖；圖8是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第一實(shí)施例中補(bǔ)償后經(jīng)高通濾波的電源電流 波形示意圖；圖9是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第二實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第二實(shí)施例的控制模型示意圖；圖11是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第二實(shí)施例中補(bǔ)償后的電源電流波形示意 圖；圖12是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第三實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第三實(shí)施例的控制模型示意圖；圖14是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第三實(shí)施例中補(bǔ)償后的電源電流波形示意 圖；圖15是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法第一實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖16是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法第二實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖17是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法第二實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置第一實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)圖；如圖所示，本實(shí)施 例主要包括有連接到交流電源(或簡(jiǎn)稱電源)es端的諧波電流補(bǔ)償支路23和無功電流補(bǔ) 償支路對(duì)，及電流檢測(cè)單元22，連接到從交流電源 到負(fù)載21之間的線路上，用于檢測(cè)該線路 上的諧波和無功電流；指令電流運(yùn)算單元25，與電流檢測(cè)單元22相連，用于根據(jù)電流檢測(cè)單元22檢測(cè)到 的諧波和無功電流計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)；支路調(diào)度單元沈，與指令電流運(yùn)算單元25、諧波電流補(bǔ)償支路23和無功電流補(bǔ)償支路M相連，用于根據(jù)指令電流運(yùn)算單元25發(fā)送的指令信號(hào)，控制無功電流補(bǔ)償支路M
對(duì)交流電源&進(jìn)行無功補(bǔ)償、諧波電流補(bǔ)償電路23對(duì)交流電源&進(jìn)行諧波補(bǔ)償或無功補(bǔ) 償。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，支路調(diào)度單元沈可具體包括諧波補(bǔ)償調(diào)度單元沈1，與指令電流運(yùn)算單元25和諧波電流補(bǔ)償支路23相連，用 于當(dāng)所述指令電流為諧波補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，控制諧波電流補(bǔ)償支路23對(duì)交流電源&進(jìn)行諧波 補(bǔ)償；無功粗補(bǔ)償調(diào)度單元沈2，與指令電流運(yùn)算單元25和無功電流補(bǔ)償支路M相連， 用于當(dāng)所述指令電流為無功補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，控制無功電流補(bǔ)償支路M對(duì)交流電源A進(jìn)行無 功粗補(bǔ)償；無功精確補(bǔ)償調(diào)度單元沈3，與指令電流運(yùn)算單元25和諧波電流補(bǔ)償支路23相 連，用于在諧波電流補(bǔ)償支路23存在裕量的情況下，控制諧波電流補(bǔ)償支路23對(duì)交流電源 es進(jìn)行無功精確補(bǔ)償。下面詳細(xì)描述本實(shí)施例的優(yōu)化原理。當(dāng)負(fù)載21產(chǎn)生諧波電流時(shí)，電流檢測(cè)單元22檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象負(fù)載21電流i J勺諧 波分量im，指令電流運(yùn)算單元25將該諧波分量反極性后作為補(bǔ)償電流的指令信號(hào)i^，支路 調(diào)度單元26即控制諧波電流補(bǔ)償支路23產(chǎn)生與負(fù)載21電流中的諧波分量大小相等、 方向相反的補(bǔ)償電流，使二者互相抵消，從而使得電源電流is中只含基波，不含諧波；而 當(dāng)電流檢測(cè)電路22檢測(cè)到負(fù)載21所產(chǎn)生的無功電流時(shí)，則可以根據(jù)指令電流運(yùn)算單元25 算出的無功電流大小，由支路調(diào)度單元26控制無功電流補(bǔ)償支路M進(jìn)行無功粗補(bǔ)償、或者 控制諧波電流補(bǔ)償支路23產(chǎn)生反向無功電流來精確補(bǔ)償無功，從而達(dá)到了抑制交流電源& 的電流諧波和補(bǔ)償無功的目的。其中，支路調(diào)度單元沈的控制方案如下其諧波補(bǔ)償調(diào)度單元261優(yōu)先調(diào)度諧波 電流補(bǔ)償支路23補(bǔ)償諧波電流，當(dāng)諧波電流補(bǔ)償支路23存在裕量時(shí)，無功精確補(bǔ)償調(diào)度 單元沈3也可控制該支路對(duì)無功電流進(jìn)行精確補(bǔ)償；而當(dāng)系統(tǒng)需要補(bǔ)償無功時(shí)，由無功粗 補(bǔ)償調(diào)度單元M控制無功電流補(bǔ)償支路M進(jìn)行無功粗補(bǔ)償，再由無功精確補(bǔ)償調(diào)度單元 263也可控制諧波電流補(bǔ)償支路23進(jìn)行無功精確補(bǔ)償，通過這種粗補(bǔ)償和精確補(bǔ)償相配合 的方案，可大大提高系統(tǒng)的無功補(bǔ)償效率。綜上所述，本實(shí)施例的優(yōu)化原理中，負(fù)載電流I、諧波分量i『補(bǔ)償電流ic、及交流 電源電流“之間的關(guān)系如下iL = iLf+iLh ；ic = -iLh ；is = iL+ic = iLf0根據(jù)以上關(guān)系，負(fù)載電流I、諧波分量i『補(bǔ)償電流、及交流電源電流is的理想 波形如圖3所示。下面參考圖4詳細(xì)描述實(shí)時(shí)檢測(cè)諧波及無功電流的運(yùn)算原理。如圖所示，以三相電路瞬時(shí)無功功率理論為基礎(chǔ)，計(jì)算電流ip、i,為出發(fā)點(diǎn) 即可得出三相電路諧波和無功電流檢測(cè)的兩種方法，稱之為ip、ia運(yùn)算方式，圖中，
權(quán)利要求
1.一種電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟電流檢測(cè)步驟，檢測(cè)從交流電源到負(fù)載之間線路上的諧波和無功電流； 指令電流運(yùn)算步驟，根據(jù)檢測(cè)到的諧波和無功電流計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)； 支路調(diào)度步驟，根據(jù)所述指令信號(hào)，控制無功電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行無功補(bǔ)償、 諧波電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行諧波補(bǔ)償或無功補(bǔ)償。
2.如權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化辦法，其特征在于，所述支路調(diào)度步驟具體包括 諧波補(bǔ)償調(diào)度步驟，當(dāng)所述指令電流為諧波補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，控制所述諧波電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行諧波補(bǔ)償；無功粗補(bǔ)償調(diào)度步驟，當(dāng)所述指令電流為無功補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，控制所述無功電流補(bǔ)償支 路對(duì)交流電源進(jìn)行無功粗補(bǔ)償；無功精確補(bǔ)償調(diào)度步驟，在所述諧波電流補(bǔ)償支路存在裕量的情況下，控制所述諧波 電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行無功精確補(bǔ)償。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法，其特征在于，在所述電流檢測(cè)步驟中， 同時(shí)檢測(cè)所述從交流電源到負(fù)載線路上的電源端和負(fù)載端電流。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法，其特征在于，在所述電流檢測(cè)步驟中， 檢測(cè)所述從交流電源到負(fù)載線路上的電源端或負(fù)載端電流。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法，其特征在于，還包括有高通濾波步驟，在交流電源端對(duì)補(bǔ)償后的電源電流進(jìn)行高通濾波，消除所述電源電流 中的諧波成分。
6.一種電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置，包括有諧波電流補(bǔ)償支路和無功電流補(bǔ)償支路，其特征在 于，該裝置還包括有電流檢測(cè)單元，連接到從交流電源到負(fù)載之間的線路上，用于檢測(cè)該線路上的諧波和 無功電流；指令電流運(yùn)算單元，與所述電流檢測(cè)單元相連，用于根據(jù)所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)到的 諧波和無功電流計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)；支路調(diào)度單元，與所述指令電流運(yùn)算單元、諧波電流補(bǔ)償支路和無功電流補(bǔ)償支路相 連，用于根據(jù)所述指令電流運(yùn)算單元發(fā)送的指令信號(hào)，控制所述無功電流補(bǔ)償支路對(duì)交流 電源進(jìn)行無功補(bǔ)償、諧波電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行諧波補(bǔ)償或無功補(bǔ)償。
7.如權(quán)利要求6所述的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置，其特征在于，所述支路調(diào)度單元具體包括 諧波補(bǔ)償調(diào)度單元，與所述指令電流運(yùn)算單元和諧波電流補(bǔ)償支路相連，用于當(dāng)所述指令電流為諧波補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，控制所述諧波電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行諧波補(bǔ)償；無功粗補(bǔ)償調(diào)度單元，與所述指令電流運(yùn)算單元和無功電流補(bǔ)償支路相連，用于當(dāng)所 述指令電流為無功補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，控制所述無功電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行無功粗補(bǔ)償；無功精確補(bǔ)償調(diào)度單元，與所述指令電流運(yùn)算單元和諧波電流補(bǔ)償支路相連，用于在 所述諧波電流補(bǔ)償支路存在裕量的情況下，控制所述諧波電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行無 功精確補(bǔ)償。
8.如權(quán)利要求6或7所述的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置，其特征在于，所述電流檢測(cè)單元分別連 接到所述從交流電源到負(fù)載線路上的電源端和負(fù)載端。
9.如權(quán)利要求6或7所述的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置，其特征在于，所述電流檢測(cè)單元連接到所述從交流電源到負(fù)載線路上的電源端或負(fù)載端。
10.如權(quán)利要求6或7所述的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化裝置，其特征在于，還包括有高通濾波單 元，連接在所述交流電源端，用于對(duì)補(bǔ)償后的電源電流進(jìn)行高通濾波，消除所述電源電流中 的諧波成分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方法及裝置，該方法包括電流檢測(cè)步驟，檢測(cè)從交流電源到負(fù)載之間線路上的諧波和無功電流；指令電流運(yùn)算步驟，根據(jù)檢測(cè)到的諧波和無功電流計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)；支路調(diào)度步驟，根據(jù)所述指令信號(hào)，控制無功電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行無功補(bǔ)償、諧波電流補(bǔ)償支路對(duì)交流電源進(jìn)行諧波補(bǔ)償或無功補(bǔ)償。本發(fā)明可大大提高對(duì)電網(wǎng)交流電源的無功補(bǔ)償效率。
文檔編號(hào)H02J3/01GK102082439SQ20111002751
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者任凱, 佘偉仁, 孟宇暉, 張勵(lì), 柯華麗, 王凱峰, 王洪斌, 黃文侃, 黃正吉 申請(qǐng)人:深圳市華冠電氣有限公司