专利名称：利用无源滤波装置抑制谐波的方法和系统的利记博彩app
技术领域：
本申请涉及交流供电系统中利用无源滤波装置抑制谐波的方法和系统。
背景技术：
在交流供电系统中，由于负载的原因，会产生谐波和无功功率。谐波是由非线性负载(例如直流电动钻机)导致的。当电流流经非线性负载时， 会形成周期性非正弦电流。对这些周期性非正弦电流进行傅立叶级数分解，在得到与交流 电源基波频率相同的分量之外，还会得到一系列频率大于基波频率的分量，这部分电流就 称为谐波电流。谐波电流使电能的生产、传输和利用的效率降低，对负载的工作产生不利影 响，因此需要对谐波电流进行抑制。另一方面，交流电源的视在功率(即额定容量)包括负载的有功功率和无功功率。 有功功率指的是电能用于做功被消耗而转化为其他能量(例如热能、光能、机械能或化学 能等)的电功率；而无功功率是按电磁感应原理工作的负载建立交变磁场和感应磁通而需 要的电功率。视在功率转化为有功功率和无功功率的比率一般由负载本身的特性决定。通 常，以功率因数来反映电源输出的视在功率被有效利用的程度。功率因数COS0的定义如]岭^其中，P表示有功功率，S表示视在功率，Q表示无功功率。功率因数大，则表示视 在功率的较大部分用来供给有功功率，从而电能输送的功率较大。负载在正常情况下不但 要从电源取得有功功率，还需要从电源取得无功功率。若负载没有足够的无功功率来建立 正常的电磁场，则其正常运行会受到影响。但无功功率的传输却加重了交流电源供电线路 的负荷，使损耗增加。因此，需要设置无功补偿机构来补偿无功功率，以保证负载的正常工 作。常规地，可将无源滤波器(即LC滤波器)作为谐波抑制装置。无源滤波器包括电 容器、电抗器和电阻器，通过设置电容器和电抗器的具体参数，可获得能够抑制某一特定次 数谐波电流的滤波器。一般地，能够抑制特定次数谐波电流的滤波器可包含一个或多个滤 波支路，这些滤波支路具有相同的电容器和电抗器的设置，通常，投入的滤波支路越多，对 该特定次数的谐波电流的抑制作用越强。若将能够抑制特定次数谐波电流的滤波器与产生 谐波电流的负载并联，则形成针对该次谐波电流的低阻抗通道，对该次谐波电流产生泄流 作用，从而达到抑制该次谐波电流的作用。另一方面，能够对各个次数谐波电流分别进行抑 制的各次滤波器对于基波电流呈容性，因此能够对基波的无功功率进行补偿。通常，使用无源滤波装置进行谐波抑制和无功补偿时，是按照针对各次谐波电流 的滤波器补偿等量的无功功率的方式来进行设计的，具体而言，如果判断需要进行无功功 率补偿，则自低次到高次逐步投入滤波支路。这样的无源滤波器控制方法能实现良好的无 功补偿效果，但是抑制谐波的效果较差。
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现有技术中还存在另一种基于预设的滤波支路投切次序来控制无源滤波装置的 方法。该方法以假定的谐波特征为依据，经过工程人员的运算来设定投切特定次数谐波电 流的滤波器的滤波支路的顺序，在判断需要进行无功功率补偿时，按照预设次序投入或切 除各滤波器的滤波支路。该方法改变了自低次到高次逐步投入滤波支路的控制方法，因此 能获得相对较好的谐波抑制效果。但是，由于该方法基于事先设定的谐波特征来设定各次 滤波支路的投切次序，因此当谐波特征变化较快时抑制谐波的效果较差。
发明内容
本申请提出了一种在交流供电系统中利用无源滤波装置抑制谐波的方法和系统。在本申请的一个方面，提供了一种在交流供电系统中利用无源滤波装置抑制谐波 的方法。在该交流供电系统中，无源滤波装置可包含分别抑制各次谐波的多个滤波器，每个 滤波器可包括一个或多个滤波支路。所述方法可包括分别计算抑制各次谐波的滤波器的 投/切支路数；以及对抑制各次谐波中一个特定次数谐波的滤波器的投/切支路数进行判 断。若抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支路数大于预设的第一阈值，则投入所述抑制 特定次数谐波的滤波器的一个或多个滤波支路，其中所述第一阈值大于零。若抑制特定次 数谐波的滤波器的投/切支路数小于预设的第二阈值，则切除所述抑制特定次数谐波的滤 波器的一个或多个滤波支路，其中所述第二阈值小于零。根据一个实施方案，在所述方法中，如果抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支 路数大于或等于所述第二阈值且小于或等于所述第一阈值，则不投入也不切除所述抑制特 定次数谐波的滤波器的滤波支路，即，保持抑制该特定次数谐波的滤波器的当前滤波支路配置。根据另一实施方案，在所述方法中，如果抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支 路数大于或等于所述第二阈值且小于或等于所述第一阈值，则可判断所述抑制特定次数谐 波的滤波器的裕度是否小于预设的裕度阈值，若是，则投入一个滤波支路。根据另一实施方案，在所述方法中，如果抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支 路数大于或等于所述第二阈值且小于或等于所述第一阈值，则可判断所述抑制特定次数谐 波的滤波器的实际过流倍数是否小于预设的过流阈值，若是，则切除一个滤波支路。根据另一实施方案，在投入或切除一个或多个滤波支路之后，所述方法可进一步 包括当抑制特定次数谐波的滤波器的实际电流大于该抑制特定次数谐波的滤波器的期望 的最大工作电流时，随机执行以下三种操作的其中之一投入一个滤波支路、切除一个滤波 支路、以及不投入也不切除滤波支路。根据另一实施方案，如果抑制每个特定次数谐波的滤波器的投/切支路数均大于 或等于所述第二阈值且小于或等于所述第一阈值，并且抑制每个特定次数谐波的滤波器的 裕度均大于或等于预设的裕度阈值，则所述方法可进一步包括计算所述交流供电系统的 无功需量；若所述无功需量小于预设的无功需量第一阈值，则切除裕度最大的滤波器的一 个滤波支路；若所述无功需量大于预设的无功需量第二阈值，则投入裕度最小的滤波器的 一个滤波支路。在本申请的另一方面，提供了一种在交流供电系统中利用无源滤波装置抑制谐波 的系统。在该系统中，无源滤波装置可包含分别抑制各次谐波的多个滤波器，而每个滤波器可包括一个或多个滤波支路。所述系统可包括投/切支路数计算单元，分别计算抑制各次 谐波的滤波器的投/切支路数；投/切支路数比较单元，对抑制各次谐波中一个特定次数 谐波的滤波器的投/切支路数与预设的第一阈值和第二阈值进行比较，其中，所述第一阈 值大于零，所述第二阈值小于零；以及第一处理单元，根据所述投/切支路数比较单元的结 果，投入或切除所述抑制特定次数谐波的滤波器的一个或多个滤波支路。根据一个实施方案，所述系统可进一步包括裕度计算单元，分别计算抑制各次谐 波的滤波器的裕度；裕度比较单元，将所述裕度计算单元计算得到的抑制特定次数谐波的 滤波器的裕度与预设的裕度阈值相比较；以及第二处理单元，根据所述投/切支路数比较 单元和所述裕度比较单元的结果，投入所述抑制特定次数谐波的滤波器的一个滤波支路。根据另一实施方案，所述系统可进一步包括实际过流倍数计算单元，分别计算抑 制各次谐波的滤波器的实际过流倍数；实际过流倍数比较单元，将所述实际过流倍数计算 单元计算得到的抑制特定次数谐波的滤波器的实际过流倍数与预设的过流阈值相比较；以 及第三处理单元，根据所述投/切支路数比较单元和所述实际过流倍数比较单元的结果， 切除所述抑制特定次数谐波的滤波器的一个滤波支路。根据另一实施方案，所述系统可进一步包括谐振判断单元，判断抑制特定次数谐 波的滤波器的实际电流是否大于该抑制特定次数谐波的滤波器的期望的最大工作电流；以 及随机处理单元，根据谐振判断单元的判断结果，随机执行以下三种操作的其中之一投入 一个滤波支路、切除一个滤波支路、以及不投入也不切除滤波支路。根据另一实施方案，所述系统可进一步包括裕度计算单元，分别计算抑制各次谐 波的滤波器的裕度；裕度比较单元，将所述裕度计算单元计算得到的抑制特定次数谐波的 滤波器的裕度与预设的裕度阈值相比较；无功需量计算单元，计算所述交流供电系统的无 功需量；无功需量比较单元，将所述无功需量计算单元计算得到的无功需量与预设的无功 需量第一阈值和无功需量第二阈值相比较；以及第四处理单元，根据所述投/切支路数比 较单元、所述裕度比较单元和所述无功需量比较单元的结果，切除裕度最大的滤波器的一 个滤波支路或投入裕度最小的滤波器的一个滤波支路。在根据本申请的、在交流供电系统中利用无源滤波装置抑制谐波的方法和系统 中，抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支路数可通过以下公式计算k = {lN + INh)HNe其中，k表示所述抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支路数，IN表示所述抑制特 定次数谐波的滤波器的实际电流，表示测量得到的交流供电系统的所述特定次数的谐波 电流，&6表示所述抑制特定次数谐波的滤波器中单个滤波支路的期望的最大工作电流。在根据本申请的、在交流供电系统中利用无源滤波装置抑制谐波的方法和系统 中，抑制特定次数谐波的滤波器的裕度可通过以下公式计算M = n ( lNe-lNn ) IINe其中，ii表示所述抑制特定次数谐波的滤波器的裕度，n表示所述抑制特定次数 谐波的滤波器已投入的滤波支路的数量，表示所述抑制特定次数谐波的滤波器中单个滤 波支路的期望的最大工作电流，表示所述抑制特定次数谐波的滤波器已投入的单个滤波 支路的实际测量电流。
在根据本申请的、在交流供电系统中利用无源滤波装置抑制谐波的方法和系统 中，抑制特定次数谐波的滤波器的实际过流倍数可通过以下公式计算E= INJlNe其中，E表示所述抑制特定次数谐波的滤波器的实际过流倍数，表示所述抑制 特定次数谐波的滤波器中已投入的单个滤波支路的实际测量电流，7&表示所述抑制特定次 数谐波的滤波器中单个滤波支路的期望的最大工作电流。
图1示出了根据本申请一个实施方案的利用无源滤波装置抑制谐波的电路示意 图；图2是示出了根据本申请一个方面的第一实施方案的利用无源滤波装置抑制谐 波的方法的流程图；图3是示出了根据本申请一个方面的第二实施方案的利用无源滤波装置抑制谐 波的方法的流程图；图4是示出了根据本申请一个方面的第三实施方案的利用无源滤波装置抑制谐 波的方法的流程图；图5是示出了避免图2 4所示方法可能出现的谐振现象的方法的流程图；图6示出了根据本申请一个方面的第四实施方案的利用无源滤波装置抑制谐波 和补偿无功功率的方法的流程图；图7是示出了根据本申请另一方面的第一实施方案的利用无源滤波装置抑制谐 波的系统的框图；图8是示出了根据本申请另一方面的第二实施方案的利用无源滤波装置抑制谐 波的系统的框图；图9是示出了根据本申请另一方面的第三实施方案的利用无源滤波装置抑制谐 波的系统的框图；图10是示出了可在图7 9所示系统中避免谐振现象的模块的框图；以及图11是示出了根据本申请另一方面的第四实施方案的利用无源滤波装置抑制谐 波和补偿无功功率的系统的框图。
具体实施例方式可以理解，在为非线性负载供电的交流供电系统中，负载线路通常包含多个不同 次数的谐波电流，为了分别抑制各次谐波电流，可设置分别抑制各次谐波电流的滤波器。在 本申请中，将抑制各次谐波电流的滤波器统称为无源滤波装置。为了描述的简要，主要以针 对N次谐波电流的滤波器(以下称作“N次滤波器”，N可为3、5、7等)为例，说明利用无源 滤波装置进行谐波抑制的方法。本领域技术人员能够想到，所描述的针对N次滤波器的谐 波抑制方法可以扩展到其他次滤波器。首先参照图1，描述根据本申请一个实施方案的、利用无源滤波装置抑制谐波的电 路示意图。在图1所示的交流电源10为负载20提供电功率的实施例中，由于负载20是非线性的，因此在交流供电系统中可产生谐波电流。图1中示例性地示出了 N次谐波电流。为了抑制N次谐波电流，可设置与负载20并联的N次滤波器30，该N次滤波器可 包含一个或多个具有相同的电容器和电抗器设置的滤波支路(图中未示出)。为了描述的 需要，将N次滤波器能够投入的滤波支路的数量称作N次滤波器的支路总数m。可以理解， N次滤波器的已投入的滤波支路的数量n应小于或等于m。为了测量N次滤波器30的每个 已投入的滤波支路的实际电流，可在每个滤波支路中设置电流计(未示出)。对于本示 例性实施方案而言，由于N次滤波器30的每个滤波支路的设置相同，因而每个滤波支路的 实际电流4 也相同。另外，根据具体设置，N次滤波器30的每个已投入的滤波支路可具有 期望的最大工作电流，为了确保正常工作，滤波支路的实际电流不应大于期望的最大工 作电流。同样地，由于每个滤波支路设置相同，因此可具有相同的期望的最大工作电流。滤 波支路的期望的最大工作电流可以是该支路的额定电流(由滤波支路的各构成元件的具 体参数决定)与额定过流倍数的乘积。例如，根据国家标准(GB50227-95，并联电容器装置 设计规范)，流过电容器的基波电流和谐波电流的有效值不应超过额定电流的1. 3倍(即， 额定过流倍数为1. 3)。下面将参照图2，描述根据本申请一个方面的第一实施方案的利用无源滤波装置 抑制谐波的方法。根据该实施方案的方法可通过预设或测得的参数，来判断是否需要进行 滤波支路的投入或切除操作，从而能够根据实际情况来抑制谐波。首先，根据利用无源滤波 装置抑制谐波的电路的参数，计算需投入或切除的滤波支路数(以下简称为“投/切支路 数”)。然后，根据得到的投/切支路数，通过判断确定是否需要投入或切除滤波支路。下面 将详细描述这一方法。以图1所示的电路为例，根据N次滤波器30已投入的滤波支路数n和测得的每个 滤波支路的实际电流，可计算得到滤波器的实际电流八。然后，根据N次滤波器 的实际电流IN、测量得到的交流供电系统中的N次谐波电流以及N次滤波器中的单个滤 波支路的期望的最大工作电流，可通过下面的公式(1)计算得到N次滤波器的投/切支 路数kN kN = {lN+INh )/1Ne(1)可以理解，当根据公式(1)得到的投/切支路数、大于0时，表示N次滤波器对 N次谐波电流的抑制力度不够，需要投入、个滤波支路；另一方面，当根据公式(1)得到的 投/切支路数1%小于0时，表示N次滤波器对N次谐波的抑制能力过剩，可切除|kN|个滤 波支路。当然，若投/切支路数kN等于0，可表示此时N次滤波器对N次谐波的抑制恰好合 适，不必进行滤波支路的投入或切除操作。因此，可根据公式(1)计算得到投/切支路数、(步骤S201)，来确定需要投入或切 除的N次滤波器的滤波支路的数量。理论上，只要|kN|兴0，则表示需要进行投入或切除滤 波支路的操作。但是在实际应用中，只要对N次谐波的抑制能力在可接受的范围内，即使投 /切支路数kN不为0，也可不必进行投入或切除滤波支路的操作，而是维持当前状态。为此， 可预先设置投/切支路数的第一阈值ki和第二阈值k2，其中，ki大于0，k2小于0。当通过 比较(步骤S202)判断出1%>1^时，可为N次滤波器投入一个滤波支路(步骤S203)。若 经比较判断出kN ( 时，则进一步判断kN与k2的关系，若在步骤S204判断出kN < k2时，则可为N次滤波器切除一个滤波支路(步骤S205)。此外，若k2<kN<k1，表示目前N次 滤波器所包含的滤波支路数比较理想，不必进行投入或切除滤波支路的操作。本领域技术 人员可以理解，可根据非线性负载的实际情况，选择适当的第一阈值&和第二阈值k2。作 为一个非限制性的具体实施例，& = 0.5，k2 = -1，当然，还可以有其它的阈值设置。另外， 虽然以一次投入或切除一个滤波支路为例进行描述，但本领域技术人员可以想到，若计算 得到的|kN| >2，则表示需投入或切除至少2个滤波支路，则此时也可一次投入或切除2个 或2个以上的滤波支路。在根据图2描述的利用无源滤波装置抑制谐波的方法中，在k2 ^ kN ^ 的情况 下，将保持N次滤波器当前的滤波支路设置，而不进行投入或切除滤波支路的操作。下面将 参照图3和图4，描述在k2 < kN < 的情况下，在图2所示方法的基础上可进一步设置投 入或切除滤波支路的判断参数，以进行是否投入或切除滤波支路的判断操作，从而获得更 好的谐波电流抑制效果。如图3所示，当k2彡kN彡kj S卩，在图2所示的步骤S204得到了 “否”的判断) 时，可进一步通过N次滤波器的裕度1^来确定是否需要进行滤波支路的投入操作。其中， N次滤波器的裕度可以是N次滤波器已投入的每个滤波支路的裕度(S卩，每个滤波支路 实际电流4 与期望的最大工作电流之差)的总和。具体而言，裕度可如下定义/iN = n ( lNe -INn ) /1Ne( 2 )其中，n表示N次滤波器已投入的滤波支路数。当1^2<1%<1^1时，若判断出0 <kN<ki (步骤S301)，可进一步判断裕度是否小于预设的裕度阈值Pttoeshl。d(步骤 S302)，若是，则可认为N次滤波器各个滤波支路超负荷运行，其对于N次谐波电流的抑制力 度不够，因此可再投入一个滤波支路(步骤S303)。作为一个非限制性的具体实施例，裕度
阈值 ^ threshlod
可设置为0或-0.2。如图4所示，当k2彡kN彡kj S卩，在图2所示的步骤S204得到了 “否”的判断) 时，若k2 < kN < 0 (步骤S401)，可根据N次滤波器单个滤波支路的实际过流倍数En来进一 步判断是否需要进行滤波支路的切除操作。单个滤波支路的实际过流倍数En可根据该支 路的实际电流与其期望的最大工作电流计算得到En = lNn /lNe( 3 )这时，可设置过流阈值Ethresh。ld，将N次滤波器单个滤波支路的实际过流倍数En与 过流阈值Ethresh。ld进行比较(步骤S402)，若实际过流倍数En小于过流阈值Ethresh。ld，则可认 为N次滤波器对于N次谐波的抑制而言投入了过多的滤波支路，这时，可以切除一个滤波支 路(步骤S403)。过流阈值Ethresh。ld可根据具体应用场合来设置，作为一个非限制性的具体 实施例，过流阈值Ethresh。ld可设置为0. 5或0. 6。本领域技术人员可以理解，可在图2所示方法的基础上同时结合图3和图4所示 的过程来执行对N次谐波的抑制，即，当在图2所示的步骤中判断出k2 < kN < 时，进一 步判断是否满足0<、<1^。若是，则根据裕度与裕度阈值Pthreshl。d的比较确定是否 投入一个滤波支路；若否，则根据单个滤波支路的实际过流倍数EN与过流阈值Ethresh。ld的比 较来确定是否切除一个滤波支路。本领域技术人员可以理解，在上面参照图2 4描述的方法的执行中，随着针对各
9次谐波电流的滤波器投入或切除滤波支路的操作，可能会形成谐振现象。在产生谐振时，可 导致交流供电系统在一定范围内的过电压和过电流，对负载造成不利影响。为此，本申请提出一种通过随机投入或切除滤波支路(也可称为“模糊投切”)来 避免上述问题的方法。下面参照图5，以交流供电系统中出现N次谐波的谐振为例来描述这 一方法。可以理解，交流供电系统中出现N次谐波的谐振可导致N次滤波器的实际电流非 常大，可能会大于N次滤波器所能投入的全部滤波支路的期望的最大工作电流之和(在本 申请中简称为“N次滤波器的期望的最大工作电流”)。例如，若N次滤波器的预设滤波支路 总数为m，则N次滤波器的期望的最大工作电流可以是单个滤波支路的期望的最大工作电 我与m的乘积。在这种情况下，判断N次滤波器的实际电流是否大于N次滤波器的期望 的最大工作电流(步骤S501)，若是，则可表明交流供电系统中产生了 N次谐波的谐振。这 时，若按照如图2、3或4所示的方法进行投入或切除滤波支路的控制，则很可能会出现在几 次操作之后又回到之前的N次谐波谐振的状态，导致对N次滤波器的控制流程出现“死循 环”。为了避免上述问题，可在判断出产生N次谐波的谐振时，在投入一个滤波支路、切除一 个滤波支路和保持当前状态(即，既不投入也不切除滤波支路)三种操作中随机挑选一种 操作来执行(步骤S502)。本领域技术人员能够理解，通过这样的控制方式，在交流供电系 统出现谐振时，可较快地退出上述的死循环状态。上面是以针对N次谐波电流的N次滤波器为例进行描述的，在具有多个不同次数 的谐波电流的实际交流供电系统中，可针对每个次数的谐波电流，按照以上讨论的方法，分 别对各次谐波电流进行抑制。另外，以上讨论的方法主要针对的是谐波电流不断变化的情况，可以理解，当针对 各次谐波电流的滤波器均达到对该次谐波的理想抑制状态时，可进一步考虑对交流供电系 统中的无功功率进行补偿的措施。下面参照图6具体描述。当在步骤S601中判断出针对 各次谐波电流的滤波器的投/切支路数介于第一阈值&和第二阈值k2之间(S卩，在图2所 示的步骤S204得到了“否”的判断)，并且针对各次谐波电流的滤波器的裕度均不小于裕度 阈值^ threShiod(即，在图3所示的步骤S302得到了 “否”的判断)，则可以认为在整个交流 供电系统中，对各次谐波电流的抑制均达到较理想的状态。这时，可进一步根据交流供电系 统的无功需量，确定是否需要对各个滤波器的滤波支路进行投入或切除，以进行无功功率 补偿方面的调节。具体而言，可通过测量和计算来得到交流供电系统中的无功需量Q，并设 置无功需量第一阈值A和无功需量第二阈值B。当在步骤S602中判断出无功需量Q小于 无功需量第一阈值A时，可表示对交流供电系统的无功功率的补偿过剩，则可切除裕度最 大(即对谐波电流的抑制相对充分)的滤波器的一个滤波支路(步骤S603)；另一方面，当 在步骤S604中无功需量Q大于无功需量第二阈值B时，可表示需要对交流供电系统的无功 功率进行补偿，则可投入裕度最小(即对谐波电流的抑制相对不足)的滤波器的一个滤波 支路(步骤S605)。这里，可根据具体的应用场合(例如各个滤波器的滤波支路的无功功 率补偿容量)设置无功需量第一阈值A和无功需量第二阈值B，例如，A可为8Kvar，B可为 15Kvar。可以理解，通过以上的方式，可较好地兼顾无功功率补偿和谐波电流抑制。下面将参照图7 图11，描述根据本申请另一方面的在交流供电系统中利用无源 滤波装置抑制谐波的系统。如图7所示，根据本申请另一方面第一实施方案的在交流供电系统中利用无源滤波装置抑制谐波的系统1000可包括投/切支路数计算单元1001、投/切支路数比较单元 1002以及第一处理单元1003。投/切支路数计算单元1001可分别计算交流供电系统中抑 制各次谐波的滤波器的投/切支路数。投/切支路数计算单元1001计算得到抑制各次谐 波的滤波器的投/切支路数之后，通过投/切支路数比较单元1002，将抑制某个特定次数谐 波的滤波器的投/切支路数与预设的第一阈值和第二阈值进行比较。若投/切支路数比较 单元的结果是抑制该次谐波的滤波器的投/切支路数大于第一阈值，则第一处理单元1003 可投入抑制该次谐波的滤波器的一个或多个滤波支路；若投/切支路数比较单元的结果是 抑制该次谐波的滤波器的投/切支路数小于第二阈值，则第一处理单元1003可切除抑制该 次谐波的滤波器的一个或多个滤波支路。可以理解，当投/切支路数比较单元的结果是抑 制该次谐波的滤波器的投/切支路数介于第一阈值与第二阈值之间，则第一处理单元可不 进行投入或切除操作。这里描述的滤波器的投/切支路数的计算以及第一和第二阈值的设 置与上文中的描述相同，此处不再赘述。如图8所示，除了图7所示的单元之外，利用无源滤波装置抑制谐波的系统1000’ 可进一步包括裕度计算单元1004、裕度比较单元1005和第二处理单元1006。裕度计算单元 1004可计算抑制各次谐波的滤波器的裕度。裕度比较单元1005可将裕度计算单元1005计 算得到的抑制特定次数谐波的滤波器的裕度与预设的裕度阈值相比较。然后，第二处理单 元1006可根据投/切支路数比较单元1002和裕度比较单元1005的比较结果，投入抑制该 次谐波的滤波器的一个滤波支路。具体而言，当在投/切支路数比较单元1002处判断出抑 制特定次数谐波的滤波器的投/切支路数大于零且小于或等于第一阈值，并且在裕度比较 单元1005处判断出抑制该次谐波的滤波器的裕度小于裕度阈值时，第二处理单元1006可 投入抑制该次谐波的滤波器的一个滤波支路。可以理解，当在投/切支路数比较单元1002 和裕度比较单元1005的比较结果不同于以上描述的情况，则第二处理单元1006不进行投 入操作。这里描述的滤波器的裕度的计算、裕度阈值的设置与上文中的描述相同，此处不再 赘述。图9示出了另一种利用无源滤波装置抑制谐波的系统的变型。除了图7所示的单 元之外，图9示出的系统1000”可包括实际过流倍数计算单元1007、实际过流倍数比较单 元1008和第三处理单元1009。实际过流倍数计算单元1007可计算抑制各次谐波的滤波 器的实际过流倍数，之后，可由实际过流倍数比较单元1008将计算得到的抑制特定次数谐 波的滤波器的实际过流倍数与预设的过流阈值相比较。然后，第三处理单元1009可根据投 /切支路数比较单元1002和实际过流倍数比较单元1008的结果，切除抑制特定次数谐波 的滤波器的一个滤波支路。具体而言，当在投/切支路数比较单元1002处判断出抑制特定 次数谐波的滤波器的投/切支路数大于或等于第二阈值且小于零，并且在实际过流倍数比 较单元1008处判断出抑制该次谐波的滤波器的实际过流倍数小于过流阈值时，第三处理 单元1009可切除抑制该次谐波的滤波器的一个滤波支路。可以理解，当在投/切支路数比 较单元1002和实际过流倍数比较单元1008处的比较结果不同于以上描述的情况，则第三 处理单元1009不进行切除操作。同样，这里描述的滤波器的实际过流倍数的计算以及实际 过流倍数阈值的设置均与上文中的描述相同，此处不再赘述。另外，本领域技术人员可以理 解，图9所示的模块1007 1009与图8所示的模块1004 1006可均包含在如图7所示 的利用无源滤波装置抑制谐波的系统中，即，利用无源滤波装置抑制谐波的系统可包含模±央 1001 1009。当如图7 9所示的系统中的第一、第二和/或第三处理单元进行了投入或切除 滤波支路的操作时，交流供电系统中可能会出现如上文所描述的谐振现象。为此，根据一个 实施方案，可在利用无源滤波装置抑制谐波的系统中进一步包含谐振处理模块1200。如图10所示，谐振处理模块1200包括谐振判断单元1201和随机处理单元1202。 谐振判断单元1201可判断抑制特定次数谐波的滤波器的实际电流是否大于抑制该次谐波 的滤波器的期望的最大工作电流，若是，则随机处理单元1202可在投入一个滤波支路、切 除一个滤波支路和不投入也不切除滤波支路中随机执行一种操作，若否，则随机处理单元 1202不进行操作。这里，抑制特定次数谐波的滤波器的实际电流是抑制该次谐波的滤波器 已投入的滤波支路的实际电流之和，抑制该次谐波的滤波器的期望的最大工作电流则是抑 制该次谐波的滤波器能够投入的滤波支路的期望的最大工作电流之和。上文中对此已进行 了详细讨论，这里为了描述的简要不再详述。如图11所示，利用无源滤波装置抑制谐波的系统还可进一步包含无功功率补偿 机构1400。无功功率补偿机构1400可包括裕度计算单元1401、裕度比较单元1402、无功需 量计算单元1403、无功需量比较单元1404和第四处理单元1405，其中，裕度计算单元1401 和裕度比较单元1402可分别与参照图8所示的系统1000’中的裕度计算单元1004和裕度 比较单元1005相同，即，裕度计算单元1401可分别计算抑制各次谐波的滤波器的裕度，而 裕度比较单元1402可将裕度计算单元1401计算得到的抑制特定次数谐波的滤波器的裕度 与预设的裕度阈值相比较。另外，无功需量计算单元1403可计算交流供电系统中的无功需 量，而无功需量比较单元1402可将计算得到的无功需量与预设的无功需量第一阈值和无 功需量第二阈值相比较。这里的无功需量的计算以及无功需量第一阈值和无功需量第二阈 值的设定方式与上文描述相同，为了简要不再赘述。如图11所示，第四处理单元1405将根 据投/切支路数比较单元1002 (为简要起见，图11仅示出了投/切支路数比较单元1002， 但本领域技术人员可以理解，系统1000”’中还至少可包括如图7所示的投/切支路数计算 单元1001和第一处理单元1003)、裕度比较单元1402和无功需量比较单元1404的结果进 行处理。具体而言，当投/切支路数比较单元1002判断出抑制各次谐波的滤波器的投/切 支路数均大于或等于第二阈值且小于或等于第一阈值，并且裕度比较单元1402判断出抑 制各次谐波的滤波器的裕度均大于预设的裕度阈值时若无功需量比较单元1404判断出 无功需量小于预设的无功需量第一阈值，则第四处理单元1405切除裕度最大的滤波器的 一个滤波支路；另外，若无功需量比较单元1404判断出无功需量大于预设的无功需量第二 阈值，则第四处理单元1405投入裕度最小的滤波器的一个滤波支路。可以理解，当在投/ 切支路数比较单元1002、裕度比较单元1402和无功需量比较单元1404处的比较结果不同 于以上描述的情况时，第四处理单元1405不进行操作。通过无功功率补偿机构1400，可在 对谐波电流抑制的前提下兼顾对无功功率的补偿。以上参照附图对本申请的示例性的实施方式进行了描述。本领域技术人员应该理 解，上述实施方式仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制。凡在申请的 教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的 范围内。
1权利要求
一种在交流供电系统中利用无源滤波装置抑制谐波的方法，所述无源滤波装置包含分别抑制各次谐波的多个滤波器，所述每个滤波器包括一个或多个滤波支路，所述方法包括分别计算抑制各次谐波的滤波器的投/切支路数；以及对抑制各次谐波中一个特定次数谐波的滤波器的投/切支路数进行判断若抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支路数大于预设的第一阈值，则投入所述抑制特定次数谐波的滤波器的一个或多个滤波支路，其中所述第一阈值大于零；以及若抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支路数小于预设的第二阈值，则切除所述抑制特定次数谐波的滤波器的一个或多个滤波支路，其中所述第二阈值小于零。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括，若抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支路 数大于或等于所述第二阈值且小于或等于所述第一阈值，则不投入也不切除所述抑制特定 次数谐波的滤波器的滤波支路。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括，若抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支路 数大于或等于所述第二阈值且小于或等于所述第一阈值，则判断所述抑制特定次数谐波的 滤波器的裕度是否小于预设的裕度阈值，若是，则投入一个滤波支路。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括，若抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支路 数大于或等于所述第二阈值且小于或等于所述第一阈值，则判断所述抑制特定次数谐波的 滤波器的实际过流倍数是否小于预设的过流阈值，若是，则切除一个滤波支路。
5.如前述任一权利要求所述的方法，其中，在投入或切除一个或多个滤波支路之后，所 述方法进一步包括当抑制特定次数谐波的滤波器的实际电流大于该抑制特定次数谐波的滤波器的期望 的最大工作电流时，随机执行以下三种操作的其中之一投入一个滤波支路、切除一个滤波 支路、以及不投入也不切除滤波支路。
6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，如果抑制每个特定次数谐波的滤波器 的投/切支路数均大于或等于所述第二阈值且小于或等于所述第一阈值，并且抑制每个特 定次数谐波的滤波器的裕度均大于或等于预设的裕度阈值，则所述方法进一步包括计算所述交流供电系统的无功需量；若所述无功需量小于预设的无功需量第一阈值，则切除裕度最大的滤波器的一个滤波 支路；若所述无功需量大于预设的无功需量第二阈值，则投入裕度最小的滤波器的一个滤波 支路。
7.一种在交流供电系统中利用无源滤波装置抑制谐波的系统，所述无源滤波装置包含 分别抑制各次谐波的多个滤波器，所述每个滤波器包括一个或多个滤波支路，所述系统包 括投/切支路数计算单元，分别计算抑制各次谐波的滤波器的投/切支路数；投/切支路数比较单元，对抑制各次谐波中一个特定次数谐波的滤波器的投/切支路 数与预设的第一阈值和第二阈值进行比较，其中，所述第一阈值大于零，所述第二阈值小于 零；以及第一处理单元，根据所述投/切支路数比较单元的结果，投入或切除所述抑制特定次数谐波的滤波器的一个或多个滤波支路。
8.如权利要求7所述的系统，进一步包括裕度计算单元，分别计算抑制各次谐波的滤波器的裕度；裕度比较单元，将所述裕度计算单元计算得到的抑制特定次数谐波的滤波器的裕度与 预设的裕度阈值相比较；以及第二处理单元，根据所述投/切支路数比较单元和所述裕度比较单元的结果，投入所 述抑制特定次数谐波的滤波器的一个滤波支路。
9.如权利要求7所述的系统，进一步包括实际过流倍数计算单元，分别计算抑制各次谐波的滤波器的实际过流倍数；实际过流倍数比较单元，将所述实际过流倍数计算单元计算得到的抑制特定次数谐波 的滤波器的实际过流倍数与预设的过流阈值相比较；以及第三处理单元，根据所述投/切支路数比较单元和所述实际过流倍数比较单元的结 果，切除所述抑制特定次数谐波的滤波器的一个滤波支路。
10.如权利要求7至9中任一项所述的系统，进一步包括谐振判断单元，判断抑制特定次数谐波的滤波器的实际电流是否大于该抑制特定次数 谐波的滤波器的期望的最大工作电流；以及随机处理单元，根据谐振判断单元的判断结果，随机执行以下三种操作的其中之一投 入一个滤波支路、切除一个滤波支路、以及不投入也不切除滤波支路。
11.如权利要求7所述的系统，进一步包括裕度计算单元，分别计算抑制各次谐波的滤波器的裕度；裕度比较单元，将所述裕度计算单元计算得到的抑制特定次数谐波的滤波器的裕度与 预设的裕度阈值相比较；无功需量计算单元，计算所述交流供电系统的无功需量；无功需量比较单元，将所述无功需量计算单元计算得到的无功需量与预设的无功需量 第一阈值和无功需量第二阈值相比较；以及第四处理单元，根据所述投/切支路数比较单元、所述裕度比较单元和所述无功需量 比较单元的结果，切除裕度最大的滤波器的一个滤波支路或投入裕度最小的滤波器的一个 滤波支路。
全文摘要
本申请公开了一种在交流供电系统中利用无源滤波装置抑制谐波的方法和系统。无源滤波装置包含分别抑制各次谐波的多个滤波器，每个滤波器包括一个或多个滤波支路。所述方法包括分别计算抑制各次谐波的滤波器的投/切支路数；以及对抑制各次谐波中一个特定次数谐波的滤波器的投/切支路数进行判断。若抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支路数大于预设的第一阈值，则投入所述抑制特定次数谐波的滤波器的一个或多个滤波支路，其中所述第一阈值大于零；若抑制特定次数谐波的滤波器的投/切支路数小于预设的第二阈值，则切除所述抑制特定次数谐波的滤波器的一个或多个滤波支路，其中所述第二阈值小于零。
文档编号H02J3/18GK101958548SQ200910151639
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月20日 优先权日2009年7月20日
发明者何新怀, 倪志强, 符国录, 陈阳 申请人:符国录;陈阳;何新怀