无源谐波抑制的方法及系统.pdf

本发明适用于电力系统领域，提供了一种无源谐波抑制的方法及系统，所述无源谐波抑制系统包括两端分别连接电网和负载的总线路、多条滤波支路和控制模块；所述总线路负载端或电网端设置总电流检测器，用于检测总线路的电流信息并反馈至控制模块，所述总线路电网端设有总线路电感；所述各滤波支路分别设置支路电流检测器，用于检测各支路的电流信息并反馈至控制模块；其特征在于，所述方法包括如下步骤：S20：控制模块根据总电流检测器和支路电流检测器反馈的电流信息分析总线路和各滤波支路的电流成分；S30：根据所述分析的总线路和各滤波支路的电流成分，控制各滤波支路的开关。本发明提出的方法及系统可使谐振风险得到有效控制。

权利要求书1.  一种无源谐波抑制系统的控制方法，所述无源谐波抑制系统 包括两端分别连接电网和负载的总线路、多条滤波支路和控制模块； 所述总线路负载端或电网端设置总电流检测器，用于检测总线路的电 流信息并反馈至控制模块，所述总线路电网端设有总线路电感；所述 各滤波支路分别设置支路电流检测器，用于检测各支路的电流信息并 反馈至控制模块；其特征在于，所述方法包括如下步骤： S20：控制模块根据总电流检测器和支路电流检测器反馈的电流 信息分析总线路和各滤波支路的电流成分； S30：根据所述分析的总线路和各滤波支路的电流成分，控制各 滤波支路的开关。 2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S20包括： 计算总线路的电流谐波的次数和幅值、电网电流谐波的次数和幅 值、各滤波支路的电流谐波的次数和幅值； 计算电网电流的实时谐波含量THDnow。 3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S30包括： 根据所述分析的各滤波支路的电流成分，判断电网是否产生谐 振； 当电网产生谐振，且谐振电流ILCkxzcal大于该类滤波支路的电流保 护设定值ILCkmax时，控制该类滤波支路进入故障状态直至等待一预设时 间后或故障解除。 4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤30还包括： 判断各滤波支路的电流ILCK是否大于或等于各滤波支路的电流保 护设定值ILCkmax； 当某类滤波支路的电流ILCK大于或等于该滤波支路的电流保护设 定值ILCkmax，且该类滤波支路没有完全投入时，增大该类滤波支路的投 入； 当某类滤波支路的电流ILCK大于或等于该滤波支路的电流保护设 定值ILCkmax，且该类滤波支路已完全投入时，进入故障状态直至等待一 预设时间后或故障解除。 5.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤30还包括： 当THDnow大于或等于预设的最大值THDmax，且该类滤波支路没有 完全投入时，投入新的滤波支路； 当THDnow小于或等于预设的最小值THDmin，且该类支路没有完全切 除、未出现连续预设次数的切出即合时，逐步切出该类支路； 当THDnow小于或等于预设的最小值THDmin，且出现连续预设次数的 切出即合时，调低最小值THDmin。 6.  一种无源谐波抑制的系统，其特征在于，所述系统包括总线 路、多条滤波支路、总线路电感、总电流检测器、支路电流检测器和 控制模块；其中， 所述总线路两端分别连接电网和负载； 所述滤波支路分别连接在总线路上； 总线路电感设置在电网端； 所述总电路检测器设置在电网端或负载端，用于检测总线路的电 流信息并反馈至控制模块； 所述各滤波支路分别设有支路电流检测器，用于检测各滤波支路 的电流信息并反馈至控制模块； 所述控制模块，用于根据总电流检测器和支路电流检测器反馈的 电流信息分析总线路和各滤波支路的电流成分；并根据所述分析的总 线路和各滤波支路的电流成分，控制各滤波支路的开关。 7.  如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制模块包括： 计算单元，用于计算总线路的电流谐波的次数和幅值、电网电流 谐波的次数和幅值、各滤波支路的电流谐波的次数和幅值；以及计算 电网电流的实时谐波含量THDnow。 8.  如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制模块包括： 谐振控制单元，用于根据所述分析的各滤波支路的电流成分，判 断电网是否产生谐振；以及当电网产生谐振，且谐振电流ILCkxzcal大于 该类滤波支路的电流保护设定值ILCkmax时，控制该类滤波支路进入故障 状态直至等待一预设时间后或故障解除。 9.  如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制模块还包 括： 支路超限控制单元，用于判断各滤波支路的电流ILCK是否大于或 等于各滤波支路的电流保护设定值ILCkmax；以及当某类滤波支路的电流 ILCK大于或等于该滤波支路的电流保护设定值ILCkmax，且该类滤波支路 没有完全投入时，增大该类滤波支路的投入。 10.  如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制模块还包 括： 谐波含量控制单元，用于当THDnow大于或等于预设的最大值 THDmax，且该类滤波支路没有完全投入时，投入新的滤波支路；以及 当THDnow小于或等于预设的最小值THDmin，且该类支路没有完全切除、 未出现连续预设次数的切出即合时，逐步切出该类支路；当THDnow小 于或等于预设的最小值THDmin，且出现连续预设次数的切出即合时， 调低最小值THDmin。

说明书无源谐波抑制的方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统领域，尤其涉及一种无源谐波抑制的方法及 系统。
背景技术
目前，随着整流设备、电弧设备、照明设备和家用电子设备等非 线性负载的广泛应用，电力系统中的谐波问题日益加剧。这些设备构 成谐波电流源，向电网注入大量谐波电流，引起电网的电能质量下降， 影响其他用户的正常运行，严重时，甚至会危害电网运行的安全性。 为了防止这些危害，就需要对电力系统中的谐波进行抑制，以达到改 善电网电能质量的目的。电网谐波抑制方法大体上可以分为有源滤波 方法和无源滤波方法，结合成本等因素考虑，无源滤波方法应用得更 为广泛。目前的无源滤波方法中的自动投切控制方法，都是基于无功 容量或者总电流大小来进行的，如中国专利申请号为201110417467.2 中的专利文献中就揭示了一种无源滤波器无功补偿容量分配及支路 投切方法。但这样的控制方法并不精确，是基于无功补偿的策略进行 的，对于一些高功率因数、高谐波含量的情况而言，并不能有效准确 地补偿谐波。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种通过无源谐波抑制的方法及 系统，旨在解决现有的无源谐波抑制系统无法准确抑制谐波的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种无源谐波抑制系统的控制方 法，所述无源谐波抑制系统包括两端分别连接电网和负载的总线路、 多条滤波支路和控制模块；所述总线路负载端或电网端设置总电流检 测器，用于检测总线路的电流信息并反馈至控制模块，所述总线路电 网端设有总线路电感；所述各滤波支路分别设置支路电流检测器，用 于检测各支路的电流信息并反馈至控制模块；所述方法包括如下步 骤：
S20：控制模块根据总电流检测器和支路电流检测器反馈的电流 信息分析总线路和各滤波支路的电流成分；
S30：根据所述分析的总线路和各滤波支路的电流成分，控制各 滤波支路的开关。
进一步地，所述步骤S20包括：
计算总线路的电流谐波的次数和幅值、电网电流谐波的次数和幅 值、各滤波支路的电流谐波的次数和幅值；
计算电网电流的实时谐波含量THDnow。
进一步地，所述步骤S30包括：
根据所述分析的各滤波支路的电流成分，判断电网是否产生谐 振；
当电网产生谐振，且谐振电流ILCkxzcal大于该类滤波支路的电流保 护设定值ILCkmax时，控制该类滤波支路进入故障状态直至等待一预设时 间后或故障解除。
进一步地，所述根据分析的总线路和各滤波支路的电流成分，控 制各滤波支路的开关还包括：
判断各滤波支路的电流ILCK是否大于或等于各滤波支路的电流保 护设定值ILCkmax；
当某类滤波支路的电流ILCK大于或等于该滤波支路的电流保护设 定值ILCkmax，且该类滤波支路没有完全投入时，增大该类滤波支路的投 入；
当某类滤波支路的电流ILCK大于或等于该滤波支路的电流保护设 定值ILCkmax，且该类滤波支路已完全投入时，进入故障状态直至等待一 预设时间后或故障解除。
进一步地，所述根据分析的总线路和各滤波支路的电流成分，控 制各滤波支路的开关还包括：
当THDnow大于或等于预设的最大值THDmax，且该类滤波支路没有 完全投入时，投入新的滤波支路；
当THDnow小于或等于预设的最小值THDmin，且该类支路没有完全切 除、未出现连续预设次数的切出即合时，逐步切出该类支路；
当THDnow小于或等于预设的最小值THDmin，且出现连续预设次数的 切出即合时，调低最小值THDmin。
本发明还提出一种无源谐波抑制的系统，所述系统包括总线路、 多条滤波支路、总线路电感、总电流检测器、支路电流检测器和控制 模块；其中，
所述总线路两端分别连接电网和负载；
所述滤波支路分别连接在总线路上；
总线路电感设置在电网端；
所述总电路检测器设置在电网端或负载端，用于检测总线路的电 流信息并反馈至控制模块；
所述各滤波支路分别设有支路电流检测器，用于检测各滤波支路 的电流信息并反馈至控制模块；
所述控制模块，用于根据总电流检测器和支路电流检测器反馈的 电流信息分析总线路和各滤波支路的电流成分；并根据所述分析的总 线路和各滤波支路的电流成分，控制各滤波支路的开关。
进一步地，，所述控制模块包括：
计算单元，用于计算总线路的电流谐波的次数和幅值、电网电流 谐波的次数和幅值、各滤波支路的电流谐波的次数和幅值；以及计算 电网电流的实时谐波含量THDnow。
进一步地，，所述控制模块包括：
谐振控制单元，用于根据所述分析的各滤波支路的电流成分，判 断电网是否产生谐振；以及当电网产生谐振，且谐振电流ILCkxzcal大于 该类滤波支路的电流保护设定值ILCkmax时，控制该类滤波支路进入故障 状态直至等待一预设时间后或故障解除。
进一步地，，所述控制模块还包括：
支路超限控制单元，用于判断各滤波支路的电流ILCK是否大于或 等于各滤波支路的电流保护设定值ILCkmax；以及当某类滤波支路的电流 ILCK大于或等于该滤波支路的电流保护设定值ILCkmax，且该类滤波支路 没有完全投入时，增大该类滤波支路的投入。
进一步地，，所述控制模块还包括：
谐波含量控制单元，用于当THDnow大于或等于预设的最大值 THDmax，且该类滤波支路没有完全投入时，投入新的滤波支路；以及 当THDnow小于或等于预设的最小值THDmin，且该类支路没有完全切除、 未出现连续预设次数的切出即合时，逐步切出该类支路；当THDnow小 于或等于预设的最小值THDmin，且出现连续预设次数的切出即合时， 调低最小值THDmin。
本发明实施例提供了新的无源谐波抑制的方法，控制模块通过分 析总线路和滤波支路的电流成分，并根据分析结果对滤波支路实现智 能投切，可使谐振风险得到有效控制。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的无源谐波抑制的方法应用的系统 结构图；
图2是本发明实施例一提供的无源谐波抑制的方法的流程图；
图3是本发明实施例一提供的无源谐波抑制的方法的另一流程 图；
图4是本发明实施例二提供的无源谐波抑制的系统的结构图；
图5是本发明实施例二提供的无源谐波抑制的系统中控制模块 的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描 述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本发明实施例一提出一种无源谐波抑制的方法，应用于智能型无 源谐波抑制系统，如图1所示，该无源谐波抑制系统包括总线路、控 制模块和多条滤波支路，其中，每一滤波支路包括串联的支路电感 Ln、支路电容Cn和投切开关，总线路包括主线路电感Lm，主线路 电感Lm一端联接各滤波支路的连结点，另一端联接总线路电网端， 滤波支路和总线路上分别设置支路检测器和总电流检测器。控制模块 与总电流检测器连接，接收反馈的总线路的电流信息；控制模块还与 各支路检测器连接，分别接收各支路检测器反馈的各滤波支路的电流 信息。控制模块同时与各滤波支路的投切开关连接，根据输出总电路 和各滤波支路的电流信息对各个投切开关进行控制。
其中，主线路电感Lm起到增强系统线路阻抗的作用。支路电感 Ln提供谐波低阻抗通路；支路电容Cn提供谐波低阻抗通路；投切开 关实现投切功能，并将通断情况反馈给控制模块。总电流检测器是电 流检测设备，与各支路检测器一同实现谐振判断功能。控制模块为具 有计算功能的控制系统，通常为具有CPU芯片的控制单板，CPU芯 片可以为DSP、ARM、MCU、FPGA等。
进一步地，本发明实施例一的无源谐波抑制系统还可包括多个支 路熔断器、多个支路阻尼电阻、位于总线路上的电压检测器和电力变 压器。其中，支路熔断器设置于滤波支路，用于滤波支路的后备电流 保护；支路阻尼电阻设置于滤波支路，可有效抑制谐振；电压检测器 检测电网电压，可单独实现谐振判断，也可作为谐振解除的判定信号 之一。
由于非线性负载如油气田里的两象限变频器设备产生大量谐波， 各滤波支路的支路电感Ln和支路电容Cn构成谐波电流的低阻通路， 而主线路电感Lm和电网一起构成谐波电流的高阻通路，大部分谐波 电流通过低阻通路，少部分谐波电流注入高阻通路(电网)，电网的 谐波即被抑制，具体工作方法包括如图2所示之步骤：
S10、总电流检测器和各支路电流检测器分别对总线路电流及各 支路电流进行检测，并将检测到的电流信息反馈至控制模块。即总电 流检测器检测总线路总电流，支路电流检测器检测各滤波支路电流， 并将检测结果送入到控制模块中进行分析。在检测前，预先在控制模 块中预先设置以下信息：
①THDmax，即电网电流THD(Total Harmonic Distribution，总谐 波畸变率)投入判定值，决定是否增加投入滤波支路。
②THDmin，即电网电流THD切出判定值，决定是否切出滤波支 路。该值为优化选项，是为了达到节能的目的才设置的，当不需要时 可以去掉或者直接将此参数值设为0。
③ILCkmax，k类谐波支路的单条支路电流保护设定值。k表示滤 波支路的次数类型，如ILC5max表示5次滤波支路的电流保护设定值， ILC7max表示7次支路的电流保护设定值；对应的，ILC5表示5次支路 的电流实际值，ILC7表示7次支路的电流实际值。
S20、控制模块根据电流信息分析总线路和各滤波支路的电流成 分。计算出基波电流幅值、谐波次数与谐波电流幅值，并计算谐波含 量THD，具体包括：
①总电流谐波的次数n1、n2、n3…，以及总电流谐波的幅值 In1、In2、In3…
②电网电流谐波的次数m1、m2、m3…，以及电网电流谐波的幅值 Im1、Im2、Im3…
③每条滤波支路的电流谐波次数lk1、lk2、lk3，以及每条滤波支路的 电流谐波的幅值Ilk1、Ilk2、Ilk3…。
④电网电流实时谐波含量THDnow。
THD是输电和配电系统中通常用来描述电能质量问题的一个重 要指标。它考虑每个谐波分量对信号产生的影响，计算式如下：
THD = Σ h = 2 ∞ I h 2 I 1 ; ]]>
其中I1表示基波电流幅值，Ih表示谐波电流幅值，h表示谐波次 数。
S30、根据分析的总线路和各滤波支路的电流成分，控制各滤波 支路的开关。具体如图3所示，包括：
S3、判断是否产生谐振，判定方法如下：
支路电流检测器检测到某一滤波支路电流超过该条滤波支路的 电流保护设定值ILCKmax(下文简称超限)。
由控制模块计算该滤波支路理论上的电流幅值ILCkcal，并与实测 值ILCK进行比较。
如果实测值ILCK远大于理论计算值，ILCk>>ILCkcal，即判定电网产生 谐振。
根据电网是否谐振，进行如下处理：
如果电网不产生谐振，则进入步骤S4。
电网如果产生谐振，则进入步骤S34。
S34、判断谐振电流是否超标，判定标准如下：
根据现有电流信息，由控制模块计算在谐振情况下、该类滤波支 路的所有支路全投入后，理论电流幅值ILCkxzcal(ILCkxzcal表示k次支路在谐 振情况下、该类滤波支路的所有支路全投入后的电流理论计算值)， 并判断是否ILCkxzcal>ILCkmax，如果ILCkxzcal>ILCkmax，则谐振电流超标；如果 ILCkxzcal≤ILCkmax，则谐振电流不超标，进入步骤S4，如果谐振电流超标， 则进入步骤S35。
S35、发出故障提示“电网谐振”。
S36、进入故障状态(该状态可理解为谐波抑制系统不工作，不 保证谐波抑制效果)。给出指令，断开该类谐波抑制支路，禁止该类 滤波支路投入，并在一段时间内封锁该类滤波支路的投入信号；直至 等待一预设时间后或接到故障解除信号再返回步骤S20。
进一步地，可利用电压检测器直观的判断电网的谐振状况是否结 束，并在谐振结束后发出用以恢复被封锁的滤波支路的“故障解除信 号”。
S4、判断是否存在单条滤波支路电流超限，即是否存在ILCk≥ILCk-max， 根据单条滤波支路电流是否超限，并进行如下处理：
如果不存在单条滤波支路电流超限，则进行步骤S5。
如果存在单条滤波支路电流超限，则进入步骤S41。
S41、查询该类滤波支路是否已经完全投入，是则报故障提示“支 路电流过流”，并进入步骤S36。如果没有完全投入，则进入步骤S42。
步骤S42、增大k类滤波支路的投入数，并返回步骤S20。
步骤S5、将THDnow、THDmax和THDmin进行比较，判定THDnow是否满 足要求。
如果THDnow≥THDmax，则需要投入新的滤波支路，进入步骤S51。
S51、判定是否所有可投滤波支路已投尽，如果是，发出告警“所 有支路已投尽”，跳转至步骤S20；如果否，则进入步骤S52。
S52、查找未标记“谐波支路已耗尽”的谐波含量最大的滤波支 路，得到其次数和幅值分别为mk和Imk，并根据现有滤波支路类别，选 取最接近mk次谐波的支路(如果有两条或两条以上支路都接近，那么 按照低次优先的原则选取)。如果该类滤波支路已经完全投入，则标 记“滤波支路已耗尽”，返回查找其它滤波支路中未标记“谐波支路 已耗尽”的谐波含量最大的滤波支路；如果该类谐波支路未完全投入， 则逐步投入该类支路，并跳至步骤S20。
如果THDmin<THDnow<THDmax，则谐波含量满足要求，进入步骤S53。
S53、继续监视谐波状态，返回步骤S10。
如果THDnow≤THDmin，可进入步骤S54。
S54、可出于节能的需要，切出滤波支路。当投切门限值设置得 太低时，可能出现“不切不节能，切出满足不了抑制谐波要求”的情 况，此时投切开关连续动作，机械损伤大，可放宽节能要求。该步骤 具体如下：
S541、判定在一预设时间内(通常是比较短的时间)是否连续三 次出现“切出即合”的情况(即切除支路开关后，短时间内立即闭合， “切出即合”可能是因为滤波支路电流超上限，也可能是因为谐波总 量超上限)。如果是，则由将下限值设置为很低的值(如0％)，并 保持一段时间，跳至步骤S5，由此避免连续投切；如果否，则进入 下一步骤。
S542、查找未标记“谐波支路未投入”的电网最小的谐波含量电 流，得到其次数和幅值分别为mk和Imk。
S543、根据现有滤波支路类别，选取最接近mk次谐波的支路(如 果有两条或多于两条的支路都接近，那么按照高次优先的原则来进行 选取)。
S544、如果该类滤波支路未投入，则标记“滤波支路未投入”， 跳转至步骤S542。
S545、如果该类谐波支路已投入，则逐步切出该类支路，跳至步 骤S20。
本发明实施例一根据通过检测并分析总线路和各滤波支路的电 流成分，对滤波支路进行自动投切，实现了基于电流成分的投切智能 化。本发明实施例的抑制谐波效果好，可使谐振风险得到有效控制。
为进一步说明本发明实施例，现以一示例阐述本发明实施例的方 法。
此示例的初状态为“谐波含量足够好，没有投切支路”，后续谐 波情况变化为“系统5次和7次谐波增大”(可以理解为设备刚投入 工作)。首先，预先设置以下信息：
①THDmax：15％；
②THDmin：5％；
③ILCk-max：5次支路的电流保护设定值5A、7次支路的电流保护设 定值2A、10次支路的电流保护设定值1A。
1、总电流检测器检测总电流，支路检测器检测支路电流，并将 检测结果送入到控制模块中。
2、控制模块综合上述信息，分析并计算出以下结果：
①总电流谐波的次数5次、7次，对应电流谐波的幅值12A、3A (实测值)，基波电流20A。
②现有5次支路共5条，当前投入0条；现有7次支路共7条， 当前投入0条；现有11次支路共9条，当前投入0条。
③电网电流谐波的次数5次、7次，对应电网电流谐波的幅值 12A、3A；基波电流20A。
④每条5次谐波支路的5次谐波电流为0A，7次谐波电流为0A； 每条7次滤波支路的5次谐波电流为0A，7次谐波电流为0A；每条 11次谐波支路的5次谐波电流为0A，7次谐波电流为0A。
⑤电网电流实时谐波含量THDnow为61.8％(计算值)，其中5次 电流的谐波含量为60％(计算值)，7次电流的谐波含量为15％(计 算值)。
3、判断是否产生谐振。判定结果为：没有产生谐振。
4、根据输入数据，判定是否存在单条支路电流超限的情况，判 定结果为：没有单条支路电流超限。
5、将THDnow、THDmax和THDmin进行比较。比较结果：THDnow≥THDmax， 需要新投入谐波抑制支路。
6、判定是否所有可投支路已投尽。判定结果：否。
7、查找未标记“谐波支路已耗尽”的电网最大的谐波含量电流。 查找结果：5次谐波含量为60％(计算值)
8、投入5次滤波支路，并重新进行判断。投入一条时发现没有 谐振，但电流超限；继续投入5次滤波支路，直至投入3条，此时电 流不超限。
9、控制模块分析计算得到当前状态如下：
①总电流谐波的次数5次、7次，对应幅值12A、3A(实测值)， 基波电流20A。
②现有5次支路共5条，当前投入3条；现有7次支路共7条， 当前投入0条；现有11次支路共9条，当前投入0条。
③电网电流谐波的次数5次、7次，对应幅值0.1A、1.5A；基波 电流19A。
④每条5次滤波支路的5次谐波电流为4A，7次谐波电流为0.5A， 基波2A；每条7次谐波支路的5次谐波电流为0A，7次谐波电流为 0A；每条7次谐波支路的5次谐波电流为0A，7次谐波电流为0A。
⑤电网电流实时谐波含量THDnow为2.67％(计算值)，其中5次 电流的谐波含量为0.5％(计算值)，7次电流的谐波含量为2.5％(计 算值)。
10、判定发现THDnow≤THDmin，需要切出谐波抑制支路。发现目前 电网最小含量的谐波为5次，所以切出5次支路。此时，由于切出5 次谐波支路即报“支路电流过流”故障，连续三次以后，暂时将下限 值设置为0％，并保持一段时间。
实施例二
本发明实施例二提出一种无源谐波抑制的系统。如图4所示，本 发明实施例二的系统包括总线路10、多条滤波支路20(本发明实施 例二为说明方便，以5次通路和7次通路为例进行阐释)和控制模块 30；其中，总线路10两端分别连接电网和负载，各滤波支路20分别 连接在总线路10上。总线路10的电网端或负载端设置总电流检测器 11，检测总线路10的电流信息并反馈至控制模块30；各滤波支路20 分别设有支路电流检测器21，检测各滤波支路20的电流信息并反馈 至控制模块30。控制模块30根据总电流检测器11和支路电流检测 器21反馈的电流信息分析总线路10和各滤波支路20的电流成分； 并根据分析的总线路10和各滤波支路20的电流成分，控制各滤波支 路20的开关。
上述总线路10的电网端设置有主线路电感Lm，起到增强系统线 路阻抗的作用。各滤波支路20设置有支路电感Ln、支路电容Cn和 投切开关，支路电感Ln提供谐波低阻抗通路；支路电容Cn提供谐 波低阻抗通路；投切开关实现投切功能，并将通断情况反馈给控制模 块。总电流检测器11是电流检测设备，与各支路检测器21一同实现 谐振判断功能。控制模块30为具有计算功能的控制系统，通常为具 有CPU芯片的控制单板，CPU芯片可以为DSP、ARM、MCU、FPGA 等。
进一步地，本发明实施例二的无源谐波抑制系统还可包括多个支 路熔断器22、多个支路阻尼电阻R、位于总线路10上的电压检测器 和电力变压器。其中，支路熔断器22设置于滤波支路20，用于滤波 支路20的后备电流保护；支路阻尼电阻R设置于滤波支路20，可有 效抑制谐振；电压检测器检测电网电压，可单独实现谐振判断，也可 作为谐振解除的判定信号之一。
由于非线性负载如油气田里的两象限变频器设备产生大量谐波， 各滤波支路20的支路电感Ln和支路电容Cn构成谐波电流的低阻通 路，而主线路电感Lm和电网一起构成谐波电流的高阻通路，大部分 谐波电流通过低阻通路，少部分谐波电流注入高阻通路(电网)，电 网的谐波即被抑制。本发明实施例二的系统具体工作原理如下：
总电流检测器11检测总线路总电流，支路电流检测器21检测各 滤波支路电流，并将检测结果送入到控制模块30中进行分析。在检 测前，预先在控制模块30中预先设置以下信息：
①THDmax，即电网电流THD投入判定值，决定是否增加投入滤 波支路。
②THDmin，即电网电流THD切出判定值，决定是否切出滤波支 路。该值为优化选项，是为了达到节能的目的才设置的，当不需要时 可以去掉或者直接将此参数值设为0。
③ILCkmax，k类谐波支路的单条支路电流保护设定值。k表示滤波 支路的次数类型，如ILC5max表示5次滤波支路的电流保护设定值，ILC7max表示7次支路的电流保护设定值；对应的，ILC5表示5次支路的电流 实际值，ILC7表示7次支路的电流实际值。
控制模块30分析计算电流成分。如图5所示，控制模块30可进 一步包括计算单元31、谐振控制单元32、支路超限控制单元33和谐 波含量控制单元34。计算单元31计算出基波电流幅值、谐波次数与 谐波电流幅值，并计算谐波含量THD，具体包括：
①总线路的电流谐波的次数n1、n2、n3…，以及总线路的电流谐波 的幅值In1、In2、In3…。
②电网电流谐波的次数m1、m2、m3…，以及电网电流谐波的幅值 Im1、Im2、Im3…
③每条滤波支路的电流谐波次数lk1、lk2、lk3，以及每条滤波支路的 电流谐波的幅值Ilk1、Ilk2、Ilk3…。
④电网电流实时谐波含量THDnow。
THD是输电和配电系统中通常用来描述电能质量问题的一个重 要指标。它考虑每个谐波分量对信号产生的影响，计算式如下：
THD = Σ h = 2 ∞ I h 2 I 1 ; ]]>
其中I1表示基波电流幅值，Ih表示谐波电流幅值，h表示谐波次 数。
谐振控制单元32判断是否产生谐振，判定方法如下：
支路电流检测器21检测到某一滤波支路20电流超过该条滤波支 路的电流保护设定值ILCKmax(下文简称超限)后，由计算单元31计算 该滤波支路理论上的电流幅值ILCkcal，由谐振控制单元32将ILCkcal与 实测值ILCK进行比较。
如果实测值ILCK大于理论计算值ILCkcal(通常为远大于ILCkcal， 即ILCk>>ILCkcal)，即谐振控制单元32判定电网产生谐振。
当电网产生谐振，且谐振电流ILCkxzcal大于该条滤波支路的电流保护 设定值ILCkcal(ILCkcal表示k次支路在谐振情况下、该类滤波支路的 所有支路全投入后的电流理论计算值)时，即ILCkxzcal>ILCkmax，此时表示 谐振电流超标，谐振控制单元32发出故障提示“电网谐振”，并控 制支路进入故障状态直至等待一预设时间后或故障解除。上述故障状 态指谐波抑制系统不工作，但不保证谐波抑制效果。谐振控制单元 32给出指令，断开该类谐波抑制支路，禁止该类滤波支路投入。
进一步地，谐振控制单元32可利用电压检测器直观的判断电网 的谐振状况是否结束，并在谐振结束后发出用以恢复被封锁的滤波支 路的“故障解除信号”。
当电网没有谐振时，转入支路超限控制单元33。支路超限控制 单元33判断是否存在单条滤波支路电流超限，即是否存在ILCk≥ILCk-max， 根据单条滤波支路电流是否超限。如果存在单条滤波支路电流超限， 则查询该类滤波支路是否已经完全投入，是则报故障提示“支路电流 过流”，并进入故障状态。如果没有完全投入，则增大k类滤波支路 的投入数，并继续监视谐波状态。
如果不存在单条滤波支路电流超限，则转入谐波含量控制单元 34。将THDnow、THDmax和THDmin进行比较，判定THDnow是否满足要求。如 果THDnow≥THDmax，则判定是否所有可投滤波支路已完全投入，如果是， 发出告警“所有支路已投尽”；如果否，则投入新的滤波支路。
谐波含量控制单元34投入新的滤波支路具体包括：查找未标记 “谐波支路已耗尽”的谐波含量最大的滤波支路，得到其次数和幅值 分别为mk和Imk，并根据现有滤波支路类别，选取最接近mk次谐波的 支路(如果有两条或两条以上支路都接近，那么按照低次优先的原则 选取)。如果该类滤波支路已经完全投入，则标记“滤波支路已耗尽”， 返回查找其它滤波支路中未标记“谐波支路已耗尽”的谐波含量最大 的滤波支路；如果该类谐波支路未完全投入，则逐步投入该类支路。
如果THDmin<THDnow<THDmax，则谐波含量满足要求，继续监视谐波 状态。
如果THDnow≤THDmin，可出于节能的需要，切出滤波支路。当投切 门限值设置得太低时，可能出现“不切不节能，切出满足不了抑制谐 波要求”的情况，此时投切开关连续动作，机械损伤大，可放宽节能 要求。该步骤具体如下：
判定在一预设时间内(通常是比较短的时间)是否连续三次出现 “切出即合”的情况(即切除支路开关后，短时间内立即闭合，“切 出即合”可能是因为滤波支路电流超上限，也可能是因为谐波总量超 上限)。
如果是，则由将下限值设置为很低的值(如0％)，并保持一段 时间，由此避免连续投切；如果否，则查找未标记“谐波支路未投入” 的电网最小的谐波含量电流，得到其次数和幅值分别为mk和Imk。
根据现有滤波支路类别，选取最接近mk次谐波的支路(如果有两 条或多于两条的支路都接近，那么按照高次优先的原则来进行选取)。
如果该类滤波支路未投入，则标记“谐波支路未投入”，返回继 续查找未标记“谐波支路未投入”的电网最小的谐波含量电流。
如果该类谐波支路已投入，则逐步切出该类支路，达到节能的目 的。
本发明实施例二的系统根据通过检测并分析总线路和各滤波支 路的电流成分，对滤波支路进行自动投切，实现了基于电流成分的投 切智能化。本发明实施例的抑制谐波效果好，可使谐振风险得到有效 控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。