一種抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊、設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及抗諧波技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊、設(shè)備和 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電力電子器件和和其他非線(xiàn)性元器件的使用，使得電網(wǎng)中 產(chǎn)生大量諧波，例如帶有功率電子器件的變流設(shè)備，交流控制器和電弧爐、感應(yīng)爐、巧光燈、 變壓器等。我國(guó)工業(yè)企業(yè)也越來(lái)越多的使用產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備，例如晶閩管電路供電的 直流提升機(jī)、交-交變頻裝置、社鋼機(jī)直流傳動(dòng)裝置、晶閩管串級(jí)調(diào)速的風(fēng)機(jī)水累和冶煉電 弧爐等。運(yùn)些設(shè)備取用的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統(tǒng)正弦電壓產(chǎn)生崎變。
[000引如圖1所示，理想中的電壓和電流的關(guān)系應(yīng)該是圖中的U和I的關(guān)系，滿(mǎn)足同 相位，功率P滿(mǎn)足P = UI ;但是往往我們使用的感性設(shè)備使得電路中產(chǎn)生了感性無(wú)功， 使得電流的相位滯后于電壓相位如圖中的Il所示，運(yùn)樣就會(huì)使得用電的功率因數(shù)下降， /> = (//(;;0邸如果在沒(méi)有感性負(fù)載只有容性負(fù)載的情況下，電流曲線(xiàn)就會(huì)如圖中12的所 示，電流相位超前于電壓相位；因此我們可W用電容來(lái)補(bǔ)償感性無(wú)功，把電容與感性負(fù)載并 接在同一電路，能量在電容與感性負(fù)載之間相互轉(zhuǎn)換，在選擇合適電容的情況下，感性負(fù)載 的無(wú)功功率由電容輸出的無(wú)功功率補(bǔ)償，就會(huì)使得電網(wǎng)中的感性電流曲線(xiàn)補(bǔ)償?shù)嚼硐胫械?電流曲線(xiàn)，運(yùn)就是無(wú)功補(bǔ)償原理。
[0004] 但是當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償后，電路中雖然是電壓和電流相位相同，但是有時(shí)候會(huì)有不同頻 率的諧波，當(dāng)大量諧波進(jìn)入電力電容器后就會(huì)減小其壽命，運(yùn)時(shí)候就需要來(lái)抑制諧波，不讓 諧波進(jìn)入電力電容器中，運(yùn)樣就會(huì)大大增加電容器的壽命，運(yùn)就是抗諧波無(wú)功補(bǔ)償原理。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明提供一種抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊、設(shè)備和方法，具有更長(zhǎng)的使用壽命而 且投切速度快，可W將單個(gè)抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊投入電網(wǎng)，也可W將多個(gè)模塊組網(wǎng)，實(shí) 現(xiàn)不同程度的抗諧波無(wú)功補(bǔ)償。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 1. 一種抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊，其特征在于，包括補(bǔ)償電容器、電抗器、SSR固 態(tài)繼電器、CT電流互感器，所述電容器為=相電容器，具有=個(gè)引出端，其中兩個(gè)引出端分 別通過(guò)電抗器連接SSR固態(tài)繼電器，另一個(gè)引出端通過(guò)電抗器連接CT電流互感器，所述SSR 固態(tài)繼電器和CT電流互感器分別通過(guò)斷路器QF連接=相電網(wǎng)的相線(xiàn)；所述CT電流互感 器用于采集電容器輸出的電流，所述SSR固態(tài)繼電器用于根據(jù)設(shè)定的所允許的無(wú)功含量范 圍，控制電容器的投切，所述電抗器用于抵抗電容器接入處母線(xiàn)的背景諧波。
[0008] 2.所述SSR固態(tài)繼電器的開(kāi)關(guān)方式為電壓過(guò)零導(dǎo)通，電容需要投入時(shí)在電壓為零 的時(shí)候接通電容器，電容需要切除時(shí)在電流為零的時(shí)候切除電容器。
[0009] 3.所述補(bǔ)償電容器包括兩個(gè)W上并聯(lián)的電容器。
[0010] 4.所述電抗器根據(jù)電容器接入處母線(xiàn)的背景諧波，選擇適當(dāng)電抗率的電抗器與電 容器匹配。
[0011] 5.所述電容器上設(shè)置用于檢測(cè)電容溫度的電子熱開(kāi)關(guān)，所述SSR附近也設(shè)置用于 檢測(cè)SSR溫度的電子熱開(kāi)關(guān)，所述電子熱開(kāi)關(guān)串聯(lián)使用，當(dāng)其中的任何一個(gè)電子熱開(kāi)關(guān)所 測(cè)得的溫度超過(guò)設(shè)定溫度的時(shí)候，電子熱開(kāi)關(guān)由閉合變?yōu)閿嚅_(kāi)狀態(tài)。 陽(yáng)01引6. -種抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，其特征在于，包括所述抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模 塊W及控制器和顯示器，所述控制器分別連接所述抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊和所述顯示 器；所述控制器檢測(cè)電網(wǎng)的電壓、電流、電壓相位、電流相位從而計(jì)算電網(wǎng)的無(wú)功功率，根據(jù) 設(shè)定的所允許的無(wú)功含量范圍，控制所述抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊的投切，所述顯示器用 于顯示進(jìn)線(xiàn)電壓、補(bǔ)償電流、進(jìn)線(xiàn)功率因數(shù)W及模塊的工作狀態(tài)；所述控制器和所述抗諧波 共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊之間采用CAN通信方式進(jìn)行通信，當(dāng)單個(gè)共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償抗諧波模塊的補(bǔ) 償容量不足W補(bǔ)償電網(wǎng)中的無(wú)功功率的時(shí)候，控制多個(gè)抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊依次投入 工作，直到電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)胶线m的功率因數(shù)為止。
[0013] 7.所述控制器設(shè)置每個(gè)抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊具有其唯一的地址，當(dāng)需要多個(gè) 抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊投入工作時(shí)，按模塊地址由小到大依次投入所述抗諧波共補(bǔ)無(wú)功 補(bǔ)償模塊。
[0014] 8. -種抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0015] 1)控制器檢測(cè)電網(wǎng)無(wú)功功率含量；
[0016] 2)根據(jù)設(shè)定的所允許的無(wú)功含量范圍，判斷是否需要投切抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模 塊；
[0017] 3)當(dāng)單個(gè)模塊的補(bǔ)償容量不足時(shí)，判斷所需要投切的模塊個(gè)數(shù)；
[0018] 4)控制器按需投切抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊，補(bǔ)償完畢后切除。
[0019] 9.所述步驟4)中，當(dāng)單個(gè)抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊的補(bǔ)償容量不足W補(bǔ)償電網(wǎng) 中的無(wú)功功率時(shí)，根據(jù)每個(gè)模塊具有的唯一地址，按地址從小到大依次投入所述抗諧波共 補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊，直到補(bǔ)償?shù)胶线m的功率因數(shù)為止。
[0020] 10.所述步驟4)中，還包括溫度檢測(cè)和諧波檢測(cè)的步驟，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度或 者諧波含量超過(guò)設(shè)定量時(shí)，控制器控制切除所述抗諧波無(wú)功補(bǔ)償模塊，使其停止工作。
[0021] 本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0022] 本發(fā)明提供的一種抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊、設(shè)備和方法，具有更長(zhǎng)的使用壽命 而且投切速度快，可W將單個(gè)抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊投入電網(wǎng)，也可W將多個(gè)模塊組網(wǎng)， 實(shí)現(xiàn)不同程度的抗諧波無(wú)功補(bǔ)償。
[0023] 本發(fā)明的抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊采用了兩個(gè)具有電壓過(guò)零投切方式的固態(tài)繼 電器SSR作為投切開(kāi)關(guān)，當(dāng)電壓為零的時(shí)候投入工作，當(dāng)電流為零的時(shí)候切除工作，運(yùn)樣可 W在投切是不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械觸電的機(jī)械動(dòng)作，避免了浪涌的產(chǎn)生，在電容切除的時(shí)候也避免 了燃弧現(xiàn)象，可W很好地延長(zhǎng)電容器使用壽命W及投切開(kāi)關(guān)的使用壽命而且投切速度快。 本發(fā)明的抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊還具有溫度和諧波監(jiān)測(cè)功能，模塊內(nèi)部溫度達(dá)到設(shè)定溫 度（一般為65度）或者諧波含量超過(guò)設(shè)定量（一般為20%)的時(shí)候，所述抗諧波無(wú)功補(bǔ)償 模塊會(huì)停止工作，保護(hù)補(bǔ)償電容器的使用壽命。另外，模塊內(nèi)部的左側(cè)和上方裝有兩臺(tái)380V 的交流風(fēng)機(jī)，也保證了模塊內(nèi)部器件的有效散熱。
[0024] 本發(fā)明提供的抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，采用了微控制技術(shù)的控制器，對(duì)諧波和 無(wú)功含量進(jìn)行檢測(cè)和控制抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊的投切，控制器和抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償 模塊之間采用CAN通信方式進(jìn)行通信，當(dāng)單個(gè)共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償抗諧波模塊的補(bǔ)償容量不足W 補(bǔ)償電網(wǎng)中的無(wú)功功率的時(shí)候，控制器可W控制多個(gè)抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊依次投入工 作，直到電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)胶线m的功率因數(shù)為止。具有W下優(yōu)點(diǎn)：（1)可W支持0~63個(gè)模塊進(jìn) 行通信；并且支持熱插拔，即帶電插拔；似傳輸性能實(shí)時(shí)性強(qiáng)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，CAN的 通信速率可W高達(dá)100化S，并且在通信時(shí)具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力；(3)CAN的通信方式 是多主機(jī)結(jié)構(gòu)，方便了多個(gè)抗諧波電容模塊的通信；本發(fā)明將每個(gè)模塊設(shè)置唯一的地址，當(dāng) 單個(gè)抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊的補(bǔ)償容量不足W補(bǔ)償電網(wǎng)中的無(wú)功功率時(shí)，按地址從小到 大依次投入所述抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊，直到補(bǔ)償?shù)胶线m的功率因數(shù)為止。（5)錯(cuò)誤自檢 功能，如果模塊發(fā)出的信息有錯(cuò)誤，可W重新發(fā)送；如果某個(gè)模塊出現(xiàn)故障，那么運(yùn)個(gè)模塊 就會(huì)自動(dòng)退出工作狀態(tài)，W免影響其他模塊的運(yùn)行，并且方便工作人員的維護(hù)，從而也保障 了開(kāi)發(fā)人員和維護(hù)人員的安全。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是本發(fā)明的抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊實(shí)施例電路圖。 陽(yáng)0%] 圖2為模塊內(nèi)部電子熱開(kāi)關(guān)控制圖。
[0027] 圖3是本發(fā)明的抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的功能框圖。
[0028] 圖4是本發(fā)明的抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030] 如圖1所示，是本發(fā)明的抗諧波共補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊實(shí)施例電路圖。一種抗諧波共 補(bǔ)無(wú)功補(bǔ)償模塊，包括補(bǔ)償電容器C、電抗器LSSR固態(tài)繼電器、CT電流互感器，電容器C為 立相電容器，具有立個(gè)引出端，其中兩個(gè)引出端分別通過(guò)電抗器L連接SSR固態(tài)繼電器，另 一端通過(guò)電抗器L連接CT電流互感器，SSR固態(tài)繼電器和CT電流互感器分別通過(guò)斷路器 QF連接S相電網(wǎng)的相線(xiàn)A、B、C ;CT電流互感器用于采集電容器C輸出的電流，SSR固態(tài)繼 電器用于根據(jù)設(shè)定的所允許的無(wú)功含量范圍，（無(wú)功含量范圍有些地區(qū)或者行業(yè)規(guī)定不太 相同，可W根據(jù)不同要求而設(shè)置），控制電容器C的投切，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償或移除，電抗器L用 于抵抗電容器接入處母線(xiàn)的背景諧波，阻止電網(wǎng)的諧波進(jìn)入電容器內(nèi)損壞電容器，而且阻 止電容器內(nèi)部的諧波進(jìn)入電網(wǎng)損壞其他設(shè)備。
[0031] 其中，補(bǔ)償電容器C的個(gè)數(shù)可W根據(jù)需要補(bǔ)償?shù)娜萘縼?lái)確定，進(jìn)行擴(kuò)容，可W包括 兩個(gè)W上，如果是多個(gè)則并聯(lián)，本實(shí)施例為兩個(gè)并聯(lián)的=相電容器。
[0032] SSR固態(tài)繼電器的開(kāi)關(guān)方式為電壓過(guò)零導(dǎo)通，電容需要投入時(shí)在電壓為零的時(shí)候 接通電容器，電容需要切除時(shí)在電流為零的時(shí)候切除電容器。
[0033] 電抗器L的選擇要根據(jù)電容器接入處的背景諧波，選擇適當(dāng)電抗率的電抗器與電 容器匹配。要做到合理選擇電抗率，必須了解電容器接入處母線(xiàn)背景諧波，根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié) 果選取，使電容器與電抗器得到正確的匹配；例如：當(dāng)電容器接入處的背景諧波為3次時(shí)， 需選用12%電抗率的串聯(lián)電抗器；當(dāng)電容器接入處的背景諧波為3、5次，并且諧波含量均 較大時(shí)，需選用12%和4%~6%的電抗率的電抗器混聯(lián)的方式；當(dāng)電容器接入處的背景諧 波為3次為主，并且3次諧波含量較大5次W上