專利名稱：一種動(dòng)態(tài)電力濾波補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及交流電力系統(tǒng)中諧波濾波和動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
接入交流電力系統(tǒng)的工業(yè)負(fù)載，尤其是軋鋼廠或具有類似負(fù)荷性質(zhì)的工 廠，其直流傳動(dòng)裝置是采用六相或十二相變流裝置，變流裝置在生產(chǎn)過程中
產(chǎn)生(6k+l)或(12k+l)次諧波，諧波對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染，形成諧波公害。 同時(shí)變流裝置低功率因數(shù)需要補(bǔ)償無功功率。為了解決軋鋼廠諧波污染和無
功功率補(bǔ)償?shù)膯栴}，目前國內(nèi)普遍采用的是
1、 在軋鋼廠車間變電站高壓母線上安裝電力濾波裝置FC，即FC方案。 FC方案是由電抗器L和電容器C串聯(lián)構(gòu)成諧振回路，對(duì)特征諧波次數(shù)(如5 次，7次，11次諧波等)形成低阻抗通道，到達(dá)濾波的目的，同時(shí)電容器基 波為電力系統(tǒng)提供無功功率，進(jìn)行無功補(bǔ)償和提高功率因數(shù)。這種電力濾波 裝置FC的缺點(diǎn)是FC是按照一定的電力系統(tǒng)參數(shù)和一定的負(fù)荷參數(shù)設(shè)計(jì)安裝 的。由于電力濾波裝置FC的容量是固定的，受電容器沖放電時(shí)間限制，所以 不能根據(jù)負(fù)荷變化快速調(diào)節(jié)無功功率。因此，在軋機(jī)不工作時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生無 功功率倒送問題，從而造成功率因數(shù)過低而罰款。無功功率倒送將產(chǎn)生損耗。
2、 安裝靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)，即FC+TCR方案。由電感和電 容構(gòu)成的K次諧波的L-C串聯(lián)濾波器和由相同規(guī)格的晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成的開 關(guān)電感和電子控制電路組成。工業(yè)負(fù)載常見的有軋鋼機(jī)或者是電弧爐，這種 非線性負(fù)荷在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，諧波在線路、變壓器等電氣設(shè) 備中產(chǎn)生附加損耗，形成諧波公害。安裝這種靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVC 的缺點(diǎn)是控制系統(tǒng)復(fù)雜，晶閘管要串、并聯(lián)， 一旦晶閘管串中的某個(gè)晶閘 管被擊穿，全部系統(tǒng)電壓就加到其它幾只晶閘管上，造成其它晶閘管擊穿而 引起晶閘管串擊穿；SVC中的TCR是一個(gè)大諧波源，產(chǎn)生的諧波污染電力系統(tǒng); 另外，安裝靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)價(jià)格昂貴。
3、 中國專利說明書CN99109784. X描述的無觸點(diǎn)開關(guān)無功功率補(bǔ)償裝置， 是FC +TSR方案。該裝置由電感和電容構(gòu)成的K次諧波的L-C串聯(lián)濾波器和 由相同規(guī)格的晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成的開關(guān)電感和電子控制電路組成，濾波器和 開關(guān)電感并聯(lián)接入同一母線。該專利適用于供電電壓波形畸變嚴(yán)重或負(fù)荷含 有豐富諧波如單相焊機(jī)群，節(jié)能燈群場合，可以應(yīng)用IOKV或更高電壓等級(jí)電 力系統(tǒng)上。該專利能進(jìn)行有極快速補(bǔ)償無功功率，提高功率因數(shù)；晶閘管反 并聯(lián)構(gòu)成開關(guān)電感(TSR)，晶閘管要么全導(dǎo)通，要么全關(guān)閉，電流波形為正 弦波，因此，自身不產(chǎn)生諧波。其缺點(diǎn)是當(dāng)其用于10KV及其以上的電力系 統(tǒng)時(shí)，和靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC) —樣，晶閘管要串、并聯(lián)， 一旦晶 閘管串中的某個(gè)晶閘管被擊穿，全部系統(tǒng)電壓就加到其它幾只晶閘管上，造 成其它晶閘管擊穿而引起晶閘管串擊穿；由于晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成的開關(guān)電感
(TSR)為系統(tǒng)提供的無功功率是有極的，在負(fù)荷較小波動(dòng)時(shí)，無功功率補(bǔ)償 很難選擇，會(huì)造成開關(guān)電感投上欠補(bǔ)，切除又過補(bǔ)的現(xiàn)象發(fā)生，不能為電力系統(tǒng)提供連續(xù)可調(diào)的無功功率；另外，此技術(shù)方案應(yīng)用于10KV及其以上的電
力系統(tǒng)時(shí)會(huì)造成本增加，實(shí)施起來會(huì)有一定的難度。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了解決以上問題，而提供一種動(dòng)態(tài)電力濾波補(bǔ) 償裝置，進(jìn)行諧波濾波和快速無功補(bǔ)償，這種裝置控制系統(tǒng)簡單可靠、無功功 率連續(xù)可調(diào)，功率因數(shù)接近l，且成本低。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣設(shè)計(jì)的 一種動(dòng)態(tài)電力濾波補(bǔ)償裝置，其 特點(diǎn)是它由主電路和控制電路組成，其主電路包括安裝在變電站高壓母線
上的電力濾波裝置(FC)、安裝在整流變低壓母線上的由相同規(guī)格的晶閘管反 并聯(lián)后與電感串聯(lián)組成的晶閘管投切電抗器(TSR)和晶閘管控制電抗器
(TCR);其控制電路包括從變電站高壓母線上采樣的電壓采樣裝置和電流采
樣裝置、將采樣信號(hào)進(jìn)行處理的控制器、將控制器發(fā)出的控制信號(hào)送至晶閘 管電抗器的觸發(fā)器。
由于本實(shí)用新型在變電站高壓母線上安裝了電力無源濾波裝置FC，可以 為系統(tǒng)提供指定的容性無功功率，提高了功率因數(shù)和消除了諧波公害。晶閘 管投切控制電抗器TSR+TCR，安裝在整流變壓器的低壓側(cè)，提供感性無功的裝 置是由晶閘管投切電抗器TSR和晶閘管控制電抗器TCR兩個(gè)裝置共同完成， 晶閘管投切電抗器TSR的特點(diǎn)是其晶閘管投入電抗器時(shí)全導(dǎo)通，切除電抗器 時(shí)全關(guān)斷，晶閘管投切電抗器TSR電流波形是正弦波，所以本身不產(chǎn)生諧波， 晶閘管控制電抗器TCR為電力系統(tǒng)提供連續(xù)可調(diào)的無功，由于晶閘管控制電 抗器TCR容量較小，只產(chǎn)生少量的諧波。作為投切控制開關(guān)的晶閘管不需要 串并聯(lián)，主電路簡單，成本低。由于晶閘管不需要串并聯(lián)，所以晶閘管不需 要均壓均流保護(hù)電路，觸發(fā)器也不需要光纖隔離(采用脈沖變壓器隔離)，以 單片機(jī)為核心的控制器和觸發(fā)器簡單可靠實(shí)用，可采用CPU80C196芯片或其 它處理器。

圖1是本實(shí)用新型電路原理圖。
圖中1、電流采樣裝置2、電壓采樣裝置3、變電站高壓母線 4、 電力濾波裝置(FC) 5、整流變壓器6、低壓側(cè)母線 7、晶閘管電抗 器8、晶閘管投切電抗器(TSR) 9、晶閘管控制電抗器(TCR) 10、 控制器11、 TSR觸發(fā)器12、 TCR觸發(fā)器具體實(shí)施方式
圖1給出了本實(shí)用新型一種動(dòng)態(tài)電力濾波補(bǔ)償裝置用于軋鋼廠進(jìn)行諧波 濾波和無功功率補(bǔ)償?shù)膶?shí)施例子，該裝置包括電力濾波裝置(FC) 4、晶閘管 投切電抗器(TSR) 8和晶閘管控制電抗器(TCR) 9，其中電力濾波裝置4接 在變電站高壓母線3上，晶閘管投切電抗器(TSR)8和晶閘管控制電抗器(TCR) 9并聯(lián)接在整流變壓器5的低壓側(cè)母線6上?？刂齐娐酚煽刂破?0和TSR觸 發(fā)器11、 TCR觸發(fā)器12、電壓采樣裝置2、電流采樣裝置1組成。
電力濾波裝置(FC) 4固定接在變電站高壓母線3上，當(dāng)負(fù)荷無功功率發(fā)
生變化時(shí)，智能控制器io通過采樣母線進(jìn)線端的電壓和電流信號(hào)計(jì)算無功功
率，與設(shè)定的無功功率比較得出控制信號(hào)，指令TSR觸發(fā)器11投切TSR裝置來提供一定的感性無功功率，指令TCR觸發(fā)器12控制TCR裝置來提供連續(xù)可 調(diào)的感性無功補(bǔ)償。電力濾波裝置FC為電力系統(tǒng)提供一定的容性無功功率， 同時(shí)吸收諧波，晶閘管投切電抗器TSR為電力系統(tǒng)提供一定的感性無功功率， 晶閘管控制電抗器TCR為電力系統(tǒng)提供連續(xù)可調(diào)的感性無功功率?？刂葡到y(tǒng) 是以單片機(jī)為核心的控制器和觸發(fā)器，配上計(jì)算機(jī)匯編語言程序，直接操作 內(nèi)存，計(jì)算控制速度快，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償和消除諧波的目的，動(dòng)態(tài)響 應(yīng)速度可達(dá)20ms。從而實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的動(dòng)態(tài)諧波濾波和無功功率補(bǔ)償、提 高功率因數(shù)的功能。
下面詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的實(shí)施方式。
接在軋鋼車間變電站高壓母線3上用于吸收諧波和無功補(bǔ)償?shù)碾娏V波 裝置(FC) 4是根據(jù)軋機(jī)負(fù)荷所產(chǎn)生的特征諧波和非特征諧波次數(shù)分別設(shè)計(jì)為 某次諧波串聯(lián)諧振回路，而形成對(duì)某次諧波的低阻抗通道，達(dá)到吸收諧波的 目的。整流裝置通常是采用6相整流或等效12相整流方式，產(chǎn)生諧波次數(shù)為 (6K+1)次或(12K+1)次。本實(shí)施例中電力濾波裝置(FC) 4設(shè)計(jì)為由電感 和電容構(gòu)成的5、 7、 11、 13次諧波的L-C串聯(lián)濾波器組成的H5、 H7、 Hll、 H13四組濾波器。無功功率補(bǔ)償容量是按照母線3上計(jì)算負(fù)荷，再充分考慮到 母線3上的諧波補(bǔ)償容量而設(shè)計(jì)的。在正常生產(chǎn)時(shí)，電力濾波裝置(FC) 4接 在母線3上固定不變。
在整流變壓器的低壓側(cè)接入由相同規(guī)格的晶閘管反并聯(lián)后與電感串聯(lián)組 成的晶閘管投切電抗器(TSR) 8和晶閘管控制電抗器(TCR) 9，晶閘管投切 電抗器(TSR) 8其控制角al為90"(見圖l中cxl)，即要么全關(guān)斷，要么全 導(dǎo)通，電流波形是正弦波，快速完成吸收指定的一定無功功率的目的。晶閘 管控制電抗器(TCR) 9其控制角a 2在90°和180°之間調(diào)節(jié)(見圖1中a 2)， 對(duì)于負(fù)荷一定的波動(dòng)范圍，晶閘管控制電抗器(TCR)可以快速動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié) 無功功率。
控制器10通過電流檢測裝置1，電壓檢測裝置2分別采樣電流信號(hào)和電 壓信號(hào)，計(jì)算高壓母線段3總的無功功率，與設(shè)定的無功功率進(jìn)行比較，當(dāng) 檢測到總的無功功率出現(xiàn)倒送時(shí)，此時(shí)，整流變壓器5是在空載狀態(tài)，智能 控制器10發(fā)出指令，通過TSR觸發(fā)器11投切電抗器(TSR)8快速(小于20ms) 吸收一定的無功功率，用以抵消電力濾波裝置4發(fā)出的容性無功功率，阻止 無功功率倒送，同時(shí)，控制器10發(fā)出指令，通過TCR觸發(fā)器12改變觸發(fā)角 a 2 (90°《a2《180°)來連續(xù)調(diào)節(jié)波動(dòng)的無功功率的大小，使母線3總的無 功功率接近0，功率因數(shù)接近1。當(dāng)控制器10檢測總的無功功率為感性無功 時(shí)，說明軋機(jī)在軋鋼，控制器10快速(小于20ms)使晶閘管投切電抗器(TSR) 8切除，同時(shí)，通過TCR觸發(fā)器12改變的觸發(fā)角a2 (90°《a 2^180°)來調(diào) 節(jié)波動(dòng)無功功率的大小，使母線3總的無功功率接近0，功率因數(shù)接近l。
因此，本實(shí)用新型一種動(dòng)態(tài)電力濾波補(bǔ)償裝置，其主電路(FC+TSR+TCR) 和控制電路(以單片機(jī)CPU80C196為核心的控制器、觸發(fā)器、電壓采樣裝置、 電流采樣裝置)簡單可靠實(shí)用，投資省，花錢少。特別適合于軋鋼廠車間變 電站用于快速補(bǔ)償無功功率、提高功率因數(shù)和諧波濾波，以達(dá)到改善電力系 統(tǒng)的電能質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的目的。
權(quán)利要求1、一種動(dòng)態(tài)電力濾波補(bǔ)償裝置，其特征在于它由主電路和控制電路組成，其主電路包括安裝在變電站高壓母線上的電力濾波裝置(FC)、安裝在整流變低壓母線上的由相同規(guī)格的晶閘管反并聯(lián)后與電感串聯(lián)組成的晶閘管投切電抗器(TSR)和晶閘管控制電抗器(TCR)；其控制電路包括從變電站高壓母線上采樣的電壓采樣裝置和電流采樣裝置、將采樣信號(hào)進(jìn)行處理的控制器、將控制器發(fā)出的控制信號(hào)送至晶閘管電抗器的觸發(fā)器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種動(dòng)態(tài)電力濾波補(bǔ)償裝置，其特征在于所述的電力濾波裝置FC是由H5、 H7、 Hll、 H13四路諧波濾波器組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種動(dòng)態(tài)電力濾波補(bǔ)償裝置，其特征在于: 所述的控制器和觸發(fā)器是采用以單片機(jī)CPU80C196芯片作為控制板。
專利摘要一種動(dòng)態(tài)電力濾波補(bǔ)償裝置，它由主電路和控制電路組成，其主電路包括安裝在變電站高壓母線上的電力濾波裝置(FC)、安裝在整流變低壓母線上的由相同規(guī)格的晶閘管反并聯(lián)后與電感串聯(lián)組成的晶閘管投切電抗器(TSR)和晶閘管控制電抗器(TCR)；其控制電路包括從變電站高壓母線上采樣的電壓采樣裝置和電流采樣裝置、將采樣信號(hào)進(jìn)行處理的控制器、將控制器發(fā)出的控制信號(hào)送至晶閘管電抗器的觸發(fā)器。本實(shí)用新型控制系統(tǒng)簡單可靠、無功功率連續(xù)可調(diào)，功率因數(shù)接近1，成本低、安全可靠。
文檔編號(hào)H02J3/18GK201374562SQ20092014294
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者王正斌 申請(qǐng)人:王正斌