專利名稱：一種動(dòng)靜態(tài)組合式電力濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于供電電壓波形嚴(yán)重畸變或負(fù)荷含有高次諧波的軋制金屬材料的工廠軋鋼車間變電站高壓母線上或具有類似負(fù)荷性質(zhì)的工廠變電站高壓母線上，進(jìn)行諧波濾波和無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娏V波裝置。
背景技術(shù)：
接入交流電網(wǎng)(6KV，10KV，35KV電壓等級(jí)等)的工業(yè)負(fù)載，尤其是軋制金屬材料的工廠的軋鋼機(jī)，其直流傳動(dòng)裝置是采用6相或12相變流器，變流器在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生(6k+1)或(12k+1)次諧波，諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染。同時(shí)變流器低功率因數(shù)需要補(bǔ)償無(wú)功功率。為了解決軋鋼廠諧波污染和無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，目前國(guó)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無(wú)源電力濾波裝置(Passive Filter)，進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償和諧波濾波，即FC方案。如中國(guó)專利說(shuō)明書(shū)CN86103586.0描述的雙調(diào)式低能耗濾波裝置及方法(即無(wú)源電力濾波裝置FC)在變電站負(fù)荷比較穩(wěn)定的工程項(xiàng)目中得到廣泛的應(yīng)用。該濾波裝置中的濾波器是根據(jù)直流傳動(dòng)裝置產(chǎn)生特征諧波和非特征諧波次數(shù)，由品質(zhì)因數(shù)及電感量無(wú)級(jí)連續(xù)可調(diào)的電抗器及低感電阻器等組成，達(dá)到吸收諧波的目的，補(bǔ)償母線系統(tǒng)上的功率因數(shù)，使功率因數(shù)達(dá)到0.92以上。但是安裝這種無(wú)源電力濾波裝置的缺點(diǎn)是這種無(wú)源電力濾波裝置是按照一定的電力系統(tǒng)參數(shù)和一定的負(fù)荷參數(shù)而設(shè)計(jì)安裝的。由于無(wú)源電力濾波裝置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(wú)功功率。因此，在軋機(jī)不工作時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生無(wú)功功率倒送問(wèn)題，從而造成功率因數(shù)過(guò)低而罰款。無(wú)功功率倒送同樣產(chǎn)生損耗。
2、中國(guó)專利說(shuō)明書(shū)CN99109784.X描述的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，是FC+TSR方案。TSR是晶閘管控制電抗器TCR的一個(gè)特例，晶閘管要么全導(dǎo)通，要么全關(guān)閉。該裝置由電感和電容構(gòu)成的K次諧波的I-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(kāi)關(guān)電感和電子控制電路組成，濾波器和開(kāi)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(chǎng)合，可以應(yīng)用10KV或更高電壓等級(jí)電網(wǎng)上。該專利能進(jìn)行有級(jí)快速補(bǔ)償，提高功率因數(shù)；晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成的開(kāi)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)用于10KV及其以上的電力系統(tǒng)時(shí)，和靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)一樣，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。由晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電感(TSR)為系統(tǒng)提供的無(wú)功功率是有極可調(diào)。在負(fù)荷較小波動(dòng)時(shí)，無(wú)功功率補(bǔ)償很難選擇，會(huì)造成開(kāi)關(guān)電感投上欠補(bǔ)，切除又過(guò)補(bǔ)的現(xiàn)象發(fā)生。不能為電網(wǎng)提供連續(xù)可調(diào)的無(wú)功功率。目前，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)施會(huì)造成一定的難度。
3、安裝靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)，即FC+TCR方案。工業(yè)負(fù)載通常是軋鋼機(jī)或者是電弧爐，這種非線性負(fù)荷在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波經(jīng)母線、變壓器流入電網(wǎng)和負(fù)載，造成諧波公害。中國(guó)專利說(shuō)明書(shū)CN02152793.8描述的用于補(bǔ)償工業(yè)負(fù)載無(wú)功功率消耗的方法和裝置就是這種方案(SVC)，它包括用于可控?zé)o功功率消耗的第一套補(bǔ)償裝置(TCR)和用于產(chǎn)生無(wú)功功率的第二套補(bǔ)償裝置(FC)，兩個(gè)裝置都同負(fù)載并聯(lián)到交流電網(wǎng)(母線)。第一套補(bǔ)償裝置(TCR)包括用于交流電網(wǎng)每一相的晶閘管控制電抗，其中晶閘管控制電抗通常是以三角形接法相互連接的，第二套補(bǔ)償裝置包括用于多個(gè)相互并聯(lián)的濾波器。控制系統(tǒng)由電壓檢測(cè)裝置和電流檢測(cè)裝置以及控制裝置組成，控制裝置采樣電流電壓信號(hào)，經(jīng)計(jì)算母線的無(wú)功功率得對(duì)應(yīng)的移相控制角α來(lái)調(diào)節(jié)母線無(wú)功功率。該裝置能快速調(diào)節(jié)電網(wǎng)無(wú)功功率，提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，改善電壓波動(dòng)和電壓閃變。但是安裝這種靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)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，晶閘管控制電抗器本身是一個(gè)很大的諧波源。另外，安裝靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、成本低、能進(jìn)行諧波濾波和快速無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)膭?dòng)靜態(tài)電力濾波裝置。
為實(shí)現(xiàn)所述的目，本發(fā)明的動(dòng)靜態(tài)組合式電力濾波裝置包括無(wú)源電力濾波裝置FC、分段式晶閘管控制電抗器和控制系統(tǒng)，其中FC接在變電站高壓母線上，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是分段式晶閘管控制電抗器包括n-1/n個(gè)由晶閘管投切電抗器TSR和1/n個(gè)晶閘管控制電抗器TCR，并分別接在與母線并聯(lián)的整流變壓器低壓側(cè)。
由于分段式晶閘管控制電抗器(TSR+TCR)包括n-1/n個(gè)由晶閘管投切電抗器TSR和1/n個(gè)晶閘管控制電抗器TCR，其中晶閘管投切電抗器(TSR)是TCR的一個(gè)特例，即要么全關(guān)斷，要么全導(dǎo)通，可以快速吸收指定的額定無(wú)功功率；且晶閘管投切電抗器(TSR)的電流波形是正弦波，不產(chǎn)生諧波，只有1/n個(gè)TCR產(chǎn)生諧波，減少了線路損耗。又由于晶閘管投切電抗器(TSR)是安裝在整流變壓器的低壓側(cè)，晶閘管不需要串、并聯(lián)，而且用于分段式晶閘管控制電抗器(TSR+TCR)降壓的變壓器是利用了直流傳動(dòng)裝置的整流變壓器，因此大大減少了投資成本。對(duì)于負(fù)荷一定的波動(dòng)范圍，方案中1/n個(gè)TCR可以快速動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其優(yōu)點(diǎn)效果如下1、由于變電站高壓母線上安裝了電力無(wú)源濾波裝置(FC)，可以為系統(tǒng)提供指定的容性無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，以及諧波濾波，消除諧波公害。
2、分段式晶閘管控制電抗器(TSR+TCR)安裝在整流變壓器的低壓側(cè)，整流工作電壓低(小于1000V)，不需要晶閘管串、并聯(lián)，降低了成本，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，提高了裝置的穩(wěn)定性和可靠性；又由于整流變壓器是現(xiàn)成的設(shè)備，不需要另外加裝降壓變壓器，大大的節(jié)約了投資成本。
3、由于分段式晶閘管控制電抗器(TSR+TCR)含有n-1/n個(gè)由晶閘管投切電抗器(TSR)，TSR即要么全關(guān)斷，要么全導(dǎo)通，以吸收指定的額定無(wú)功功率，晶閘管投切電抗器(TSR)電流波形是正弦波，不產(chǎn)生諧波，只有1/n個(gè)TCR產(chǎn)生諧波，減少了線路損耗。而1/n個(gè)TCR又能動(dòng)態(tài)快速調(diào)節(jié)公共連接點(diǎn)(P.C.C)的無(wú)功功率。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1為本發(fā)明動(dòng)靜態(tài)組合式電力濾波裝置(FC+TSR+TCR)原理單線圖；圖2為本發(fā)明動(dòng)靜態(tài)組合式電力濾波裝置(FC+TSR+TCR)用于軋鋼廠高壓電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償和諧波濾波的實(shí)施例的方框圖形式。
具體實(shí)施例方式
在圖1所示的本發(fā)明動(dòng)靜態(tài)組合式電力濾波裝置包括無(wú)源電力濾波裝置FC、分段式晶閘管控制電抗器和控制系統(tǒng)，其中無(wú)源電力濾波裝置FC接在變電站高壓母線上，分段式晶閘管控制電抗器3包括n-1/n個(gè)由晶閘管投切電抗器TSR和1/n個(gè)晶閘管控制電抗器TCR，并分別接在與母線并聯(lián)的整流變壓器低壓側(cè)。
圖2給出了本發(fā)明動(dòng)靜態(tài)組合式電力濾波裝置(FC+TSR+TCR)用于軋鋼廠高壓電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償和諧波濾波的實(shí)施例子，該裝置包括一套接在軋鋼車間變電站高壓母線2上用于吸收諧波和無(wú)功補(bǔ)償?shù)臒o(wú)源電力濾波裝置(FC)1，一套接在整流變壓器的低壓側(cè)用于快速吸收無(wú)功功率的分段式晶閘管控制電抗器(TSR+TCR)3，以及由一臺(tái)智能控制器4和脈沖觸發(fā)管理與保護(hù)電路板5組成的控制系統(tǒng)。無(wú)源電力濾波裝置(FC)1固定接入母線系統(tǒng)2不變，當(dāng)負(fù)載54、55、56、57無(wú)功功率發(fā)生變化時(shí)，智能控制器4采樣母線2進(jìn)線端的電壓、電流信號(hào)，計(jì)算無(wú)功功率，與設(shè)定的無(wú)功功率比較得控制信號(hào)，指令脈沖觸發(fā)管理與保護(hù)電路板5控制低壓側(cè)分段式晶閘管控制電抗器(TSR+TCR)3來(lái)改變感性無(wú)功補(bǔ)償。從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明(FC+TSR+TCR)所述的快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率、提高功率因數(shù)和諧波濾波的功能。
本發(fā)明的動(dòng)靜態(tài)組合式電力濾波裝置是這樣實(shí)施的接在軋鋼車間變電站高壓母線2上用于吸收諧波和無(wú)功補(bǔ)償?shù)臒o(wú)源電力濾波裝置(FC)1是根據(jù)負(fù)載54，55，56，57等所產(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6相整流或等效12相整流，產(chǎn)生諧波次數(shù)為(6K+1)次或?yàn)?12K+1)次。通常設(shè)計(jì)濾波器58，59，60，61為H5，H7，H11，H13濾波器。無(wú)功功率補(bǔ)償容量是按照母線2上計(jì)算負(fù)荷充分考慮到母線2上的諧波補(bǔ)償容量而確定的。
在整流變壓器的低壓側(cè)接入分段式晶閘管控制電抗器(TSR+TCR)3包括3個(gè)晶閘管投切電抗器(TSR)和1個(gè)晶閘管控制電抗器TCR，TSR是TCR的一個(gè)特例，其控制角α1為90°(見(jiàn)圖2中α1)，即要么全關(guān)斷，要么全導(dǎo)通，快速完成吸收指定的額定無(wú)功功率的目的。對(duì)于負(fù)荷一定的波動(dòng)范圍，方案中1個(gè)TCR可以快速動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率。其控制角α2在90°和180°之間調(diào)節(jié)(見(jiàn)圖2中α2)。當(dāng)然，根據(jù)負(fù)荷變化情況，可以設(shè)置2個(gè)TCR。由于是低壓TCR，其成本增加不多。
控制系統(tǒng)包括智能控制器4和脈沖觸發(fā)管理與保護(hù)電路板5，智能控制器4通過(guò)電流檢測(cè)裝置44，電壓檢測(cè)裝置45分別采樣電流信號(hào)和電壓信號(hào)，計(jì)算高壓母線段2總的無(wú)功功率，與設(shè)定的無(wú)功功率進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)到總的無(wú)功功率出現(xiàn)倒送時(shí)(即為容性Qc時(shí))，此時(shí)軋機(jī)空載，即整流變壓器49、50、51、52是在空載狀態(tài)，智能控制器4發(fā)指令，通過(guò)脈沖觸發(fā)管理與保護(hù)電路板5，控制晶閘管投切電抗器(TSR)中的晶閘管開(kāi)關(guān)67、68、69依次快速(毫秒級(jí))投人低壓電抗器63、64、65，快速吸收額定的無(wú)功功率，用以抵消無(wú)源電力濾波裝置發(fā)出的容性無(wú)功功率，防止無(wú)功功率倒送，同時(shí)，智能控制器4通過(guò)脈沖觸發(fā)管理與保護(hù)電路板5，調(diào)節(jié)觸發(fā)角α2(90°≤α2≤180°)來(lái)控制無(wú)功功率的變化，使母線2段的功率因數(shù)達(dá)到0.95以上。當(dāng)智能控制器4檢測(cè)總的無(wú)功功率為感性無(wú)功時(shí)，(此時(shí)軋機(jī)工作)，智能控制器4快速(毫秒級(jí))控制晶閘管開(kāi)關(guān)切除低壓電抗器63、64、65保證快速為系統(tǒng)切除額定的感性無(wú)功功率。無(wú)源電力濾波裝置(FC)1發(fā)出的容性無(wú)功功率，使母線2段的功率因數(shù)達(dá)到0.95以上；同時(shí)智能控制器4控制TCR中的晶閘管開(kāi)關(guān)70來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率微調(diào)。
因此，本發(fā)明動(dòng)靜態(tài)組合式電力濾波裝置(FC+TSR+TCR)和現(xiàn)有技術(shù)相比，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，而且投資省，特別適合于軋制金屬材料的工廠的軋鋼廠車間變電站高壓母線上用于快速無(wú)功功率補(bǔ)償、進(jìn)行諧波濾波和提高功率因數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)靜態(tài)組合式電力濾波裝置包括無(wú)源電力濾波裝置FC、分段式晶閘管控制電抗器和控制系統(tǒng)，其中FC接在變電站高壓母線上，其特征在于分段式晶閘管控制電抗器包括n-1/n個(gè)由晶閘管投切電抗器TSR和1/n個(gè)晶閘管控制電抗器TCR，并分別接在與母線并聯(lián)的整流變壓器低壓側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種動(dòng)靜態(tài)組合式電力濾波裝置，包括無(wú)源電力濾波裝置FC、分段式晶閘管控制電抗器和控制系統(tǒng)，其中無(wú)源電力濾波裝置FC接在變電站高壓母線上，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是分段式晶閘管控制電抗器包括
文檔編號(hào)H02J3/18GK1976162SQ20061009829
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者夏華, 張南林, 章學(xué)勝, 郭禮生, 馮汪根, 郭智文, 申林 申請(qǐng)人:中冶華天工程技術(shù)有限公司