一种基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法

1.本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法。


背景技术：

2.在现代电力系统中，随着电气设备的不断发展和使用，谐波问题已经成为一个日益凸显的挑战。谐波是一种频率与供电频率不同的电压或电流波形，在电力系统中引起了很多负面影响，包括设备损坏、能量损耗、功率因数下降等。
3.为了解决这些问题，许多谐波抑制装置已被提出并应用于实践中。其中之一是旋转式无功补偿装置，它可以通过产生互补波形来抵消谐波。
4.旋转式无功补偿装置通常由旋转发电机和控制装置组成。该发电机通过旋转电磁场产生适当的相位和幅度以抵消电网上的谐波。控制装置可以根据电网的需求和接收到的信号来调整发电机的运行参数。
5.然而，目前存在着一些问题。首先，旋转式无功补偿装置的体积较大，安装和维护成本较高。其次，装置的效率和响应速度有待进一步提高，尤其是对于高谐波含量的电网。此外，装置的可靠性和稳定性也需要加强。
6.为了克服这些问题，我们需要一种新型的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，以提高装置的效率、响应速度和可靠性，并降低成本。基于这些考虑，本发明的目标是提供一种改进的谐波抑制方法，使其适用于不同类型的电力系统，并能有效地减少谐波的影响。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，该方法能够有效地抑制电力系统中的谐波，并具有较低的成本。
8.为了实现上述目的，本发明提供了一种基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，该方法包括：
9.(1)检测电力系统中的谐波信号，包括谐波频率、幅值和相位信息；
10.(2)根据检测到的谐波信号，在旋转式无功补偿装置中选择合适的控制参数；
11.(3)控制旋转式无功补偿装置的运行，使其产生一个与谐波信号相位和幅值相反的谐波电流；
12.(4)通过将所产生的反向谐波电流注入电力系统，实现谐波的抑制；
13.其中，所述旋转式无功补偿器包括两台旋转移相变压器rpst、三相储能电感l和补偿电容c，其中两台旋转移相变压器rpst的转子绕组与电容器共同并联于电网补偿处，定子绕组的对应相首尾串联构成三相接线后与三相储能电感并联连接。
14.优选地，旋转移相变压器rpst的结构与具有p对磁极的绕线转子感应电机相同，旋转移相变压器rpst工作时的转子绕组被一套蜗轮、蜗杆卡住，不能自由旋转，只能根据需要
转动一定的角度。
15.优选地，两台旋转移相变压器rpst的一次绕组并联，经过连接电感接入电网，二次绕组串联后连接成三相星型接在补偿电容两侧，rpst等效为一台移相变压器，一、二次侧存在一定电压比关系，而相位差取决于一、二次绕组的相对位置角。
16.优选地，两台旋转移相变压器rpst原副边电压分别满足下列关系：
[0017][0018]
定子总电压为：
[0019][0020]
电流关系为：
[0021][0022]
令根据式(2)，合成电压的幅值和相角分别表示为：
[0023][0024]
优选地，在步骤(1)中，所述检测电力系统中的谐波信号的过程包括：
[0025]
选择合适的测量点：在电力系统中选择一个代表性的测量点，通常选择离谐波源较近的位置；
[0026]
安装谐波监测仪：将谐波监测仪或专用的功率质量分析仪安装在事先选定的测量点上，确保安装位置与所要监测的电网部分相连接，并对接线进行正确连接；
[0027]
设置参数和采样速率：根据需要，设置谐波监测仪的参数，包括采样速率、记录时间间隔等，确保采样速率足够高，以捕捉到谐波信号的快速变化；
[0028]
开始监测：启动谐波监测仪，并开始记录数据；
[0029]
数据分析：将记录的电流和电压波形导入分析软件中，通过计算和转换，确定存在的谐波分量的频率、相位和幅值等信息；
[0030]
谐波源定位：根据测量结果，对电网进行进一步的分析，以确定可能引起谐波的设备、线路或负载；
[0031]
评估和改善措施：根据测量结果和谐波源的定位，评估电力系统中谐波对设备和电网造成的影响，并制定相应的改善措施，如添加滤波器、优化设备参数等，以减少谐波的影响。
[0032]
优选地，所述测量点选自发电机出口、主变压器低压侧、负载端或其他关键设备附近。
[0033]
优选地，在开始监测期间，设备将从电网中获取电流和电压的波形，并存储它们用于后续分析。
[0034]
优选地，所述数据分析的过程通过傅立叶变换等数学方法实现。
[0035]
优选地，所述谐波源定位的过程通过比较测量数据与电网拓扑以及设备运行状态来实现。
[0036]
优选地，在步骤(2)中，所述根据检测到的谐波信号，在旋转式无功补偿装置中选择合适的控制参数具体包括：
[0037]
谐波信号检测：使用专门的谐波检测设备或软件，对电力系统中的谐波信号进行实时监测和分析；
[0038]
数据采集：通过谐波检测设备或软件，获取谐波信号的相关数据，包括谐波频率、幅度等信息；
[0039]
谐波源定位与分类：根据采集到的谐波信号数据，确定谐波源的位置和类型；
[0040]
控制参数选择：根据谐波源的特性和谐波信号数据，选择合适的控制参数，其中，控制参数包括旋转式无功补偿装置的容量、投入时机、滤波器带宽等，通过调整这些参数，可以有效地抑制特定频率的谐波信号，并达到电力系统谐波控制的目的；
[0041]
参数调整与测试：将所选的控制参数应用于旋转式无功补偿装置，并进行实际调试，通过实时监测和测试，评估调整后的参数是否能够有效地抑制谐波信号，并保证系统的稳定运行。
[0042]
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
[0043]
(1)使用旋转式无功补偿装置，成本较低；
[0044]
(2)能够同时处理多个频率的谐波；
[0045]
(3)能够根据实际情况调整控制参数，提高抑制效果。
附图说明
[0046]
图1是本发明所述的旋转式无功补偿器的示意图。
具体实施方式
[0047]
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0048]
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0049]
在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
[0050]
另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本技术的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0051]
此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0052]
本发明所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法包括：
[0053]
(1)检测电力系统中的谐波信号，包括谐波频率、幅值和相位信息；
[0054]
(2)根据检测到的谐波信号，在旋转式无功补偿装置中选择合适的控制参数；
[0055]
(3)控制旋转式无功补偿装置的运行，使其产生一个与谐波信号相位和幅值相反的谐波电流；
[0056]
(4)通过将所产生的反向谐波电流注入电力系统，实现谐波的抑制。
[0057]
在本发明所述的方法中，如图1所示，所述旋转式无功补偿器包括两台旋转移相变压器rpst、三相储能电感l和补偿电容c，其中两台旋转移相变压器rpst的转子绕组与电容器共同并联于电网补偿处，定子绕组的对应相首尾串联构成三相接线后与三相储能电感并联连接。
[0058]
在优选情况下，旋转移相变压器rpst的结构与具有p对磁极的绕线转子感应电机相同，旋转移相变压器rpst工作时的转子绕组被一套蜗轮、蜗杆卡住，不能自由旋转，只能根据需要转动一定的角度。
[0059]
进一步优选地，两台旋转移相变压器rpst的一次绕组并联，经过连接电感接入电网，二次绕组串联后连接成三相星型接在补偿电容两侧，rpst等效为一台移相变压器，一、二次侧存在一定电压比关系，而相位差取决于一、二次绕组的相对位置角。
[0060]
在较优选的实施方式中，两台旋转移相变压器rpst原副边电压分别满足下列关系：
[0061][0062]
定子总电压为：
[0063][0064]
电流关系为：
[0065][0066]
令根据式(2)，合成电压的幅值和相角分别表示为：
[0067][0068]
在步骤(1)中，所述检测电力系统中的谐波信号的过程可以包括：
[0069]
选择合适的测量点：在电力系统中选择一个代表性的测量点，通常选择离谐波源较近的位置；
[0070]
安装谐波监测仪：将谐波监测仪或专用的功率质量分析仪安装在事先选定的测量点上，确保安装位置与所要监测的电网部分相连接，并对接线进行正确连接；
[0071]
设置参数和采样速率：根据需要，设置谐波监测仪的参数，包括采样速率、记录时间间隔等，确保采样速率足够高，以捕捉到谐波信号的快速变化；
[0072]
开始监测：启动谐波监测仪，并开始记录数据；
[0073]
数据分析：将记录的电流和电压波形导入分析软件中，通过计算和转换，确定存在的谐波分量的频率、相位和幅值等信息；
[0074]
谐波源定位：根据测量结果，对电网进行进一步的分析，以确定可能引起谐波的设备、线路或负载。
[0075]
评估和改善措施：根据测量结果和谐波源的定位，评估电力系统中谐波对设备和电网造成的影响，并制定相应的改善措施，如添加滤波器、优化设备参数等，以减少谐波的影响。
[0076]
在优选情况下，所述测量点选自发电机出口、主变压器低压侧、负载端或其他关键设备附近。
[0077]
在优选情况下，在开始监测期间，设备将从电网中获取电流和电压的波形，并存储它们用于后续分析。
[0078]
在优选情况下，所述数据分析的过程通过傅立叶变换等数学方法实现。
[0079]
在优选情况下，所述谐波源定位的过程通过比较测量数据与电网拓扑以及设备运行状态来实现。
[0080]
在步骤(2)中，所述根据检测到的谐波信号，在旋转式无功补偿装置中选择合适的控制参数具体包括：
[0081]
谐波信号检测：使用专门的谐波检测设备或软件，对电力系统中的谐波信号进行实时监测和分析；
[0082]
数据采集：通过谐波检测设备或软件，获取谐波信号的相关数据，包括谐波频率、幅度等信息；
[0083]
谐波源定位与分类：根据采集到的谐波信号数据，确定谐波源的位置和类型；
[0084]
控制参数选择：根据谐波源的特性和谐波信号数据，选择合适的控制参数，其中，控制参数包括旋转式无功补偿装置的容量、投入时机、滤波器带宽等，通过调整这些参数，可以有效地抑制特定频率的谐波信号，并达到电力系统谐波控制的目的；
[0085]
参数调整与测试：将所选的控制参数应用于旋转式无功补偿装置，并进行实际调试，通过实时监测和测试，评估调整后的参数是否能够有效地抑制谐波信号，并保证系统的稳定运行。
[0086]
下面通过实施例来进一步说明本发明所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0087]
以下实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法。下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均可商购得到。
[0088]
实施例1
[0089]
本实施例所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法包括：
[0090]
(1)检测电力系统中的谐波信号，包括谐波频率、幅值和相位信息；
[0091]
(2)根据检测到的谐波信号，在旋转式无功补偿装置中选择合适的控制参数；
[0092]
(3)控制旋转式无功补偿装置的运行，使其产生一个与谐波信号相位和幅值相反的谐波电流；
[0093]
(4)通过将所产生的反向谐波电流注入电力系统，实现谐波的抑制；
[0094]
其中，在步骤(1)中，所述检测电力系统中的谐波信号的过程包括：
[0095]
选择合适的测量点：在电力系统中选择一个代表性的测量点，通常选择离谐波源较近的位置，所述测量点可选自发电机出口、主变压器低压侧、负载端或其他关键设备附近；
[0096]
安装谐波监测仪：将谐波监测仪或专用的功率质量分析仪安装在事先选定的测量点上，确保安装位置与所要监测的电网部分相连接，并对接线进行正确连接；
[0097]
设置参数和采样速率：根据需要，设置谐波监测仪的参数，包括采样速率、记录时间间隔等，确保采样速率足够高，以捕捉到谐波信号的快速变化；
[0098]
开始监测：启动谐波监测仪，并开始记录数据，在此期间，设备将从电网中获取电流和电压的波形，并存储它们用于后续分析；
[0099]
数据分析：将记录的电流和电压波形导入分析软件中，通过计算和转换，确定存在的谐波分量的频率、相位和幅值等信息，该过程通过傅立叶变换等数学方法实现；
[0100]
谐波源定位：根据测量结果，对电网进行进一步的分析，以确定可能引起谐波的设备、线路或负载；
[0101]
评估和改善措施：根据测量结果和谐波源的定位，评估电力系统中谐波对设备和电网造成的影响，并制定相应的改善措施，如添加滤波器、优化设备参数等，以减少谐波的影响。
[0102]
其中，在步骤(2)中，所述根据检测到的谐波信号，在旋转式无功补偿装置中选择合适的控制参数具体包括：
[0103]
谐波信号检测：使用专门的谐波检测设备或软件，对电力系统中的谐波信号进行实时监测和分析；
[0104]
数据采集：通过谐波检测设备或软件，获取谐波信号的相关数据，包括谐波频率、幅度等信息；
[0105]
谐波源定位与分类：根据采集到的谐波信号数据，确定谐波源的位置和类型；
[0106]
控制参数选择：根据谐波源的特性和谐波信号数据，选择合适的控制参数，其中，控制参数包括旋转式无功补偿装置的容量、投入时机、滤波器带宽等，通过调整这些参数，可以有效地抑制特定频率的谐波信号，并达到电力系统谐波控制的目的；
[0107]
参数调整与测试：将所选的控制参数应用于旋转式无功补偿装置，并进行实际调试，通过实时监测和测试，评估调整后的参数是否能够有效地抑制谐波信号，并保证系统的稳定运行。
[0108]
其中，如图1所示，所述旋转式无功补偿器包括两台旋转移相变压器rpst、三相储能电感l和补偿电容c，其中两台旋转移相变压器rpst的转子绕组与电容器共同并联于电网补偿处，定子绕组的对应相首尾串联构成三相接线后与三相储能电感并联连接；旋转移相变压器rpst的结构与具有p对磁极的绕线转子感应电机相同，旋转移相变压器rpst工作时
的转子绕组被一套蜗轮、蜗杆卡住，不能自由旋转，只能根据需要转动一定的角度；两台旋转移相变压器rpst的一次绕组并联，经过连接电感接入电网，二次绕组串联后连接成三相星型接在补偿电容两侧，rpst等效为一台移相变压器，一、二次侧存在一定电压比关系，而相位差取决于一、二次绕组的相对位置角；其中，两台旋转移相变压器rpst原副边电压分别满足下列关系：
[0109][0110]
定子总电压为：
[0111][0112]
电流关系为：
[0113][0114]
令根据式(2)，合成电压的幅值和相角分别表示为：
[0115][0116]
按照本发明所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，使用旋转式无功补偿装置，成本较低，能够同时处理多个频率的谐波，且能够根据实际情况调整控制参数，提高抑制效果。
[0117]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，其特征在于，该方法包括：(1)检测电力系统中的谐波信号，包括谐波频率、幅值和相位信息；(2)根据检测到的谐波信号，在旋转式无功补偿装置中选择合适的控制参数；(3)控制旋转式无功补偿装置的运行，使其产生一个与谐波信号相位和幅值相反的谐波电流；(4)通过将所产生的反向谐波电流注入电力系统，实现谐波的抑制；其中，所述旋转式无功补偿器包括两台旋转移相变压器rpst、三相储能电感l和补偿电容c，其中两台旋转移相变压器rpst的转子绕组与电容器共同并联于电网补偿处，定子绕组的对应相首尾串联构成三相接线后与三相储能电感并联连接。2.根据权利要求1所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，其特征在于，旋转移相变压器rpst的结构与具有p对磁极的绕线转子感应电机相同，旋转移相变压器rpst工作时的转子绕组被一套蜗轮、蜗杆卡住，不能自由旋转，只能根据需要转动一定的角度。3.根据权利要求1或2所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，其特征在于，两台旋转移相变压器rpst的一次绕组并联，经过连接电感接入电网，二次绕组串联后连接成三相星型接在补偿电容两侧，rpst等效为一台移相变压器，一、二次侧存在一定电压比关系，而相位差取决于一、二次绕组的相对位置角。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，其特征在于，两台旋转移相变压器rpst原副边电压分别满足下列关系：定子总电压为：电流关系为：令根据式(2)，合成电压的幅值和相角分别表示为：5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述检测电力系统中的谐波信号的过程包括：选择合适的测量点：在电力系统中选择一个代表性的测量点，通常选择离谐波源较近的位置；安装谐波监测仪：将谐波监测仪或专用的功率质量分析仪安装在事先选定的测量点上，确保安装位置与所要监测的电网部分相连接，并对接线进行正确连接；设置参数和采样速率：根据需要，设置谐波监测仪的参数，包括采样速率、记录时间间
隔等，确保采样速率足够高，以捕捉到谐波信号的快速变化；开始监测：启动谐波监测仪，并开始记录数据；数据分析：将记录的电流和电压波形导入分析软件中，通过计算和转换，确定存在的谐波分量的频率、相位和幅值等信息；谐波源定位：根据测量结果，对电网进行进一步的分析，以确定可能引起谐波的设备、线路或负载；评估和改善措施：根据测量结果和谐波源的定位，评估电力系统中谐波对设备和电网造成的影响，并制定相应的改善措施，如添加滤波器、优化设备参数等，以减少谐波的影响。6.根据权利要求5所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，其特征在于，所述测量点选自发电机出口、主变压器低压侧、负载端或其他关键设备附近。7.根据权利要求5所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，其特征在于，在开始监测期间，设备将从电网中获取电流和电压的波形，并存储它们用于后续分析。8.根据权利要求5所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，其特征在于，所述数据分析的过程通过傅立叶变换等数学方法实现。9.根据权利要求5所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，其特征在于，所述谐波源定位的过程通过比较测量数据与电网拓扑以及设备运行状态来实现。10.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述根据检测到的谐波信号，在旋转式无功补偿装置中选择合适的控制参数具体包括：谐波信号检测：使用专门的谐波检测设备或软件，对电力系统中的谐波信号进行实时监测和分析；数据采集：通过谐波检测设备或软件，获取谐波信号的相关数据，包括谐波频率、幅度等信息；谐波源定位与分类：根据采集到的谐波信号数据，确定谐波源的位置和类型；控制参数选择：根据谐波源的特性和谐波信号数据，选择合适的控制参数，其中，控制参数包括旋转式无功补偿装置的容量、投入时机、滤波器带宽等，通过调整这些参数，可以有效地抑制特定频率的谐波信号，并达到电力系统谐波控制的目的；参数调整与测试：将所选的控制参数应用于旋转式无功补偿装置，并进行实际调试，通过实时监测和测试，评估调整后的参数是否能够有效地抑制谐波信号，并保证系统的稳定运行。

技术总结
本发明涉及电力系统技术领域，公开了一种基于旋转式无功补偿装置的谐波抑制方法。该方法包括：(1)检测电力系统中的谐波信号，包括谐波频率、幅值和相位信息；(2)根据检测到的谐波信号，在旋转式无功补偿装置中选择合适的控制参数；(3)控制旋转式无功补偿装置的运行，使其产生一个与谐波信号相位和幅值相反的谐波电流；(4)通过将所产生的反向谐波电流注入电力系统，实现谐波的抑制。按照本发明的方法，使用旋转式无功补偿装置，成本较低，能够同时处理多个频率的谐波，且能够根据实际情况调整控制参数，提高抑制效果。提高抑制效果。提高抑制效果。


技术研发人员：颜湘武 邓婉君
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/10/19