專利名稱：可控硅控制磁閥電抗器型動態(tài)無功補償裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電工和電力電子技術領域，具體是一種可控硅控制磁閥電抗器型動態(tài)無功補償裝置(簡稱MCR型SVC)。
背景技術：
隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，帶有沖擊性的負荷(以下簡稱沖擊負荷)如大型軋鋼機、煉鋼電弧爐、工業(yè)電焊機、大型水泵站和電氣化鐵路，數(shù)量越來越多，容量越來越大。同時，這些沖擊負荷對供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和供電質量帶來嚴重干擾，對電氣設備的安全運行帶來嚴重威脅。如此相適應，電力系統(tǒng)的大型發(fā)電廠、超高壓交、直流遠距離輸電，也不斷增加，電力系統(tǒng)越來越大、系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構和運行方式越來越復雜。為了確保電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，保證供電的電能質量，維護電氣設備安全運行，對抑制因沖擊負荷造成的電壓波動、電壓閃變和諧波污染，成為世界各國十分關注的課題。
傳統(tǒng)的電容器補償裝置，由于其阻抗是固定的，不能跟蹤沖擊負荷對無功功率的需求，也就是不能實現(xiàn)對動態(tài)的無功功率進行跟蹤動態(tài)補償。
自1967年英國GEC公司研制出了世界上第一套自飽和電抗器型動態(tài)無功靜止補償裝置(簡稱SR型SVC)以來，世界各大電氣公司相繼研制出諸如可控硅控制飽和電抗器型(TSR型SVC)、可控硅投切電容器組型(TSC型SVC)、可控硅控制高阻抗變壓器型(TCT型SVC)和可控硅控制線性電抗器型(TCR型SVC)無功靜止補償裝置。隨著技術的發(fā)展和無功補償要求的提高，有的逐漸被淘汰。
目前，國內應用較多的是TCR型SVC裝置。TCR型SVC裝置除能實現(xiàn)上述諸項功能外，裝置本身具有如下優(yōu)點動態(tài)響應時間快，小于10ms；可以連續(xù)調節(jié)，平滑跟蹤負荷的變化動態(tài)補償；能接受多路控制信號，進行分相調節(jié)。
但TCR型SVC裝置存在一定缺點①可控硅閥串聯(lián)在電抗器的主回路，承受10KV～35KV及以上運行電壓，由于制造工藝的原因，制造不出這么高電壓等級的可控硅，為了提高承受高電壓能力，將很多只可控硅串聯(lián)起來使用，形成可控硅堆，事故率高，可控硅經(jīng)常成串成串的被擊穿。
②為了降低可控硅承受過高的電壓，有的采用降低電壓的方式，增加一臺降壓變壓器，將整套TCR(包括線性電抗器，可控硅閥組等)安裝在降壓變壓器的低壓側。這樣一來，一是增加了變壓器的無功損耗，從而加大了SVC裝置的整體安裝容量；二是由于增加了變壓器損耗，加大了整套裝置的年運行費用；三是由于在TCR回路增加了一臺變壓器，TCR的整體響應速度減慢了，影響整體裝置的補償效果。
③由于可控硅閥是由很多只可控硅串聯(lián)后再反并聯(lián)組成的，保護回路很復雜，事故率也比較多。
④由于可控硅閥串聯(lián)在TCR電抗器的主回路，可控硅閥的溫度很高，為了降低其溫度，必須另配置一套散熱系統(tǒng)，通常有兩種方式一種是附設一套水冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括純水處理設施、水泵、管路等；另一種是采用風管冷卻設備，將熱量排放到空氣中，如果可控硅閥組安裝在室內，室內溫度很高，需另設工業(yè)空調降溫。
⑤水冷卻系統(tǒng)，有如下弊端一是維護不方便，因為SVC裝置是電氣設備，安裝在變電站，運行管理人員都是電氣人員，對純水處理系統(tǒng)不熟悉；二是增加了設備總投資；三是水冷卻系統(tǒng)耗電量大，增加了SVC裝置的年運行費用；四是水冷卻系統(tǒng)給SVC裝置增添了事故率。
⑥水冷卻系統(tǒng)，要單獨設水處理室，既增加了房屋建設費，又增加了占地面積。
⑦風管冷卻方式，在室內需增設工業(yè)空調制冷設備，一是增加了維護量；二是增加了設備投資；三是空調電耗，增加了年運行費用。
⑧普通空芯電抗器產(chǎn)生很強的磁場，輻射能力很強，殺傷人體白血球，對運行人員身體健康危害性大。
⑨整套裝置結構、組成復雜，維護管理復雜，備品備件多，年運行費用高。
發(fā)明內容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種可控硅控制磁閥電抗器型動態(tài)無功補償裝置。
本可控硅控制磁閥電抗器型動態(tài)無功補償裝置是這樣實現(xiàn)的，它包括主電抗器，至少一個有由電容器組和串聯(lián)電抗器組成的濾波回路，其特征在于所述的主電抗器采用磁閥電抗器，磁閥電抗器串聯(lián)隔離開關G1和斷路器K2接電網(wǎng)；還包括一控制單元，電壓互感器輸出的母線電壓信號、總電流互感器輸出的總電流信號以及磁閥電抗器的電流互感器檢測的電抗器電流信號分別接所述控制單元輸入端，控制單元的輸出接到磁閥電抗器二次側控制回路之可控硅閥的控制極。
本MCR型SVC裝置采用的電抗器是目前世界上最新技術制造的磁閥電抗器，可控硅閥串聯(lián)在電抗器二次側的控制繞組內，通過控制繞組間接調節(jié)電抗器電流。因此，可控硅閥不承受主回路的高電壓，只有主回路電壓的1/100左右。這樣，可控硅閥不需要通過串聯(lián)，按通常每相兩只反并聯(lián)連接，三相共6只可控硅即可。
由于可控硅閥連接在電抗器的二次側控制回路，電壓低，既不存在可控硅被擊穿的故障，也不存在溫度高需配置冷卻系統(tǒng)，靠自然冷卻大大減少了事故率。使用的可控硅閥數(shù)量少、容量小，自身產(chǎn)生的諧波量小，比TCR少50％。
MCR的磁場在鐵芯的磁路內，無輻射磁場，對人體無害。整套裝置結構、組成比較簡單，維護管理比較方便，年運行費用低。
圖1為本實用新型的原理圖；圖2為磁閥電抗器接線原理圖；圖3為a磁閥電抗器可控硅T1導通等效電路圖；圖3為b磁閥電抗器可控硅T2導通等效電路圖；圖4為磁閥電抗器諧波電流分布圖；圖5為磁閥式可控電抗器伏安特性曲線；圖6為磁閥電抗器控制特性曲線；
圖7表示磁閥電抗器調節(jié)過渡過程波形；圖8鐵心磁飽和特性曲線。
具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明進一步說明。
MCR型SVC原理見圖1所示，包括若干電容器組FC、磁閥電抗器MCR(即主電抗器)、可控硅閥以及控制單元等。磁閥電抗器MCR串聯(lián)隔離開關G1和斷路器K2接電網(wǎng)；電容器組和串聯(lián)電抗器組成濾波回路，電容器組FC和串聯(lián)電抗器L、隔離開關G2及斷路器K3串聯(lián)接到電網(wǎng)，電容器組FC’和串聯(lián)電抗器L’、隔離開關G3及斷路器K4串聯(lián)接到電網(wǎng)電容器組FC為固定值，即超前的無功功率QC為固定值，當負載滯后而無功功率QC變化時，可連續(xù)控制滯后無功QL，使(QL-QC)變化，例如當QF增大時，則使補償電抗器耗用的無功QL減?。划擰F減小時，則QL增大。即不管負荷的無功功率QF如何變化，通過可控硅閥改變QL的大小，保持系統(tǒng)供給的無功功率QS＝QF+QL-QC≈常數(shù)，以限制電壓波動和閃變。FC通常設計成濾波器，基波無功輸出QC，同時吸收沖擊負荷伴生的高次諧波。
圖1b所述控制單元包括一單片機和模/數(shù)轉換器，模/數(shù)轉換器接于單片機的輸入端，電壓互感器輸出的母線電壓信號、總電流互感器CT輸出的總電流信號以及磁閥電抗器的電流互感器CT1檢測的電抗器電流信號分別接模/數(shù)轉換器輸入端，單片機的相應輸出接有顯示器，脈沖整形放大單元接單片機的輸出端，脈沖整形放大單元輸出接到磁閥電抗器二次側控制回路之可控硅閥的控制極，單片機的相應輸出端還接有數(shù)據(jù)通訊接口，用于與上位主控微機通訊。
電網(wǎng)電壓、負載總電流信號經(jīng)過模/數(shù)轉換器轉換成數(shù)字信號送到位單片機進行處理，計算出負載無功功率，根據(jù)所計算的負載無功功率，向可控電抗器發(fā)送一定角度(相對于電網(wǎng)電壓)的脈沖控制信號，觸發(fā)可控硅閥使電抗器輸出一定的補償容量無功，使系統(tǒng)總無功最小。
用以控制的磁控電抗器的接線圖見圖2。電抗器由四柱鐵心和繞組組成，中間兩個鐵心為工作鐵心，上面分別對稱地繞有主繞組N和控制繞組NK，控制繞組和主繞組電氣隔離。每一中間鐵心柱的控制繞組有抽頭比為δ＝N2/NK的抽頭，它們之間接有可控硅T1、T2；不同鐵心的上下兩個主繞組交叉連接后并聯(lián)至電源。由于可控硅接于磁閥電抗器的二次側的控制繞組抽頭之間，其上電壓很小，故可控硅的額定電壓僅為系統(tǒng)額定電壓的1％左右。對于35kV系統(tǒng)，可控硅的額定電壓確定為350-400V即可。這樣，大大提了可控硅的運行可靠性。當磁閥電抗器主繞組接至電源電壓時，在可控硅T1、T2兩端感應出電源電壓1％左右的電壓，電源電壓正半周觸發(fā)導通可控硅T1，形成圖3a所示的等效電路。在回路中產(chǎn)生控制電流Ik’和ik”；電源電壓負半周期間觸發(fā)導通可控硅T2，形成圖3b所示的等效電路，在回路中產(chǎn)生控制電流ik’和ik”；一個工頻周期輪流導通T1和T2，感應產(chǎn)生的控制電流ik’和ik”使電抗器工作鐵心飽和，輸出電流增加。磁閥電抗器輸出感性電流大小取決于可控硅控制角α，α越小，產(chǎn)生的控制電流越強，從而電抗器工作鐵心磁飽和越高，輸出感性電流越大。α從90度改變到180度，QL從100％變化到零。因此，改變可控硅控制角，可平滑連續(xù)調節(jié)電抗器的無功功率及SVC裝置無功容量。
磁閥式可控電抗器特性如下1、諧波特性磁閥電抗器(MCR)產(chǎn)生的諧波比相控電抗器(TCR)小。如圖4橫坐標為電抗器輸出基波電流標幺值，基準值為額定基波電流。5次諧波電流不超過3％，7次諧波電流不超過1.5％，11次諧波電流不超過0.8％，13次諧波電流不超過0.3％。在三相對稱運行條件下，運行于三角形接線方式的可控電抗器組不向電網(wǎng)注入3次諧波，余下的諧波含量不超過額定電流就微小了。
2、伏安特性磁閥電抗器伏安特性如圖5所示，在一定控制導通角α下，磁閥電抗器伏安特性近似線性。
3、控制特性磁閥電抗器控制特性如圖6所示，圖6中橫坐標為可控硅控制角度，縱坐標為電抗器在額定電壓下的基波電流幅值標值，基準值為額定基波電流幅值。由圖6可見，可控電抗器輸出電流(容量)隨控制角增加而減少。
4、響應時間圖7表示磁閥電抗器從空載到額定或從額定到空載容量的電流過渡波形，時間約為15ms。
5、磁飽和特性磁閥電抗器采用世界最新理論和極限磁飽和技術，圖8示出鐵芯磁化曲線，曲線中間部分為未飽和線性區(qū)，左右兩邊為極限飽和線性區(qū)，電抗器工作在極限飽線性區(qū)時，不僅能減小諧波含量，而且還能降低鐵心磁滯損耗。
本實用新型是在多年從事TCR型SVC和諧波濾波裝置設計應用的基礎上，針對TCR應用中存在的問題，采用了當代最先進的磁閥電抗器的最新技術成果，使動態(tài)無功補償技術進一步完善、運行更安全可靠、補償效果更好、維護更加簡便、費用更節(jié)省。與其它類型的動態(tài)無功補償裝置比較，更具生命力。
權利要求1.一種可控硅控制磁閥電抗器型動態(tài)無功補償裝置，包括主電抗器，至少一個有由電容器組和串聯(lián)電抗器組成的濾波回路，其特征在于所述的主電抗器采用磁閥電抗器，磁閥電抗器串聯(lián)隔離開關G1和斷路器K2接電網(wǎng)；還包括一控制單元，電壓互感器輸出的母線電壓信號、總電流互感器輸出的總電流信號以及磁閥電抗器的電流互感器檢測的電抗器電流信號分別接所述控制單元輸入端，控制單元的輸出接到磁閥電抗器二次側控制回路之可控硅閥的控制極。
2.根據(jù)權利要求1所述可控硅控制磁閥電抗器型動態(tài)無功補償裝置，其特征在于所述控制單元包括一單片機和模/數(shù)轉換器，模/數(shù)轉換器接于單片機的輸入端，單片機的相應輸出接有顯示器，脈沖整形放大單元接單片機的輸出端，脈沖整形放大單元輸出接到磁閥電抗器二次側控制回路之可控硅閥的控制極。
3.根據(jù)權利要求2所述可控硅控制磁閥電抗器型動態(tài)無功補償裝置，其特征在于所述單片機的相應輸出端接有數(shù)據(jù)通訊接口。
專利摘要一種可控硅控制磁閥電抗器型動態(tài)無功補償裝置，包括主電抗器，至少一個有由電容器組和串聯(lián)電抗器組成的濾波回路，其特征在于所述主電抗器采用磁閥電抗器，磁閥電抗器串聯(lián)斷路器和隔離開關接于電網(wǎng)；包括控制單元，檢測的母線電壓信號、總電流信號以及磁閥電抗器的電流信號分別接控制單元輸入端，控制單元的輸出接到磁閥電抗器二次側控制回路之可控硅閥的控制極。其采用磁閥電抗器，可控硅閥接在電抗器二次側的控制繞組內，通過控制繞組間接調節(jié)電抗器電流，可控硅不承受主回路的高電壓，不存在可控硅被擊穿的故障，可控硅閥用量少、容量小，自身產(chǎn)生的諧波量小，比TCR裝置少50％。
文檔編號H01F29/02GK2671200SQ0327362
公開日2005年1月12日 申請日期2003年8月18日 優(yōu)先權日2003年8月18日
發(fā)明者陳偉俊, 陳柏超, 陳珈楓, 陳侃楓 申請人:深圳市威爾辰電力電子科技有限公司