專利名稱：具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)設(shè)備，尤其涉及一種具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置。 技術(shù)背景目前，對于產(chǎn)生無功電流負(fù)荷主要通過在負(fù)荷兩端并聯(lián)一定容量的電容器或串 聯(lián)一定的電抗器；針對變化的負(fù)荷，目前主要采用電容器、電抗器分組投切的方案， 如隸屬于靜態(tài)無功補(bǔ)償器(SVC)的晶閘管控制電容器(TSC)、晶閘管控制電抗器 (TCR)等。上述方案普遍存在欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償問題及切換過程的振蕩問題，還可能在系統(tǒng) 中產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。對于非線性負(fù)荷引起的諧波污染問題，目前主要采用電感和電容 組成的相應(yīng)頻率的無源濾波器來消除諧波的影響。如負(fù)荷電流包含多種諧波成分， 則針對不同頻率的諧波都要設(shè)置相應(yīng)的諧振電路，這將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低可 靠性。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波 治理裝置，它可運行于三相平衡與不平衡系統(tǒng)，且發(fā)生單相故障時，非故障相能繼 續(xù)運行，可補(bǔ)償中線電流，并使三相控制策略一致，降低了控制的復(fù)雜度，可完全 補(bǔ)償中線電流，電能轉(zhuǎn)換效率大于95%。本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置，其特征在于，包括三相獨立的諧波治理單相主電路，所述的諧波治理 單相主電路包括依次相連的單相逆變?nèi)珮蛑绷鱾?cè)電壓支撐電容器組、單相逆變?nèi)珮螂娐贰⒏哳l濾波電路、無源低通濾波器和諧波治理并網(wǎng)電路，其中單相逆變?nèi)珮蛑绷鱾?cè)電壓支撐電容器組，包括與并聯(lián)的第一大容量、高電 壓電解電容Cdl、第二大容量、高電壓電解電容Cd2、第三大容量、高電壓電解電容Cd3、第四大容量、高電壓電解電容Cd4、直流側(cè)電容能量釋放電阻R 串聯(lián)的直流側(cè)電容快速熔斷器Fl;單相逆變?nèi)珮螂娐罚ㄖ绷鱾?cè)突波吸收電容Cs、第一、第二、第三、第 四大功率開關(guān)S1、 S2、 S3、 S4，所述的第一、第二大功率開關(guān)S1、 S2串聯(lián)后 并聯(lián)在直流側(cè)突波吸收電容Cs的兩端，所述的第三、第四大功率開關(guān)S3、 S4 串聯(lián)后并聯(lián)在直流側(cè)突波吸收電容Cs的兩端，其中，直流側(cè)突波吸收電容Cs 的兩端為輸入端，第一大功率開關(guān)Sl和第二大功率開關(guān)S2的中間結(jié)點為第一 中間結(jié)點Nl，第三大功率開關(guān)S3和第四大功率開關(guān)S4的中間結(jié)點為第二中 間結(jié)點N2，第一中間結(jié)點Nl和第二中間結(jié)點N2為輸出端；高頻濾波電路，包括依次連接的低通濾波器、差模濾波電抗器L、脈沖群 抑制器，該低通濾波器包括若干電感、電阻和電容；無源低通濾波器，包括一第三電容C，它串聯(lián)在脈沖群抑制器的一輸出端上；諧波治理并網(wǎng)電路，包括裝置保護(hù)快速熔斷器F2和單相并網(wǎng)斷路器S，裝 置保護(hù)快速熔斷器F2的一端與第三電容C的輸出端相連，另一端與單相并網(wǎng) 斷路器S相連。所述的低通濾波器包括依次串聯(lián)的第一電感Ll、第一電阻R1、第一電容 Cl、第二電容C2、第二電阻R2和第二電感L2，其中，第一電感L1的一端與 第一中間結(jié)點N1相連，另一端還與差模濾波電抗器L的一輸入端相連，第二 電感L2的一端與第二中間結(jié)點N2相連，另一端還與差模濾波電抗器L的另一 輸入端相連。所述的第一、第二、第三和第四大功率開關(guān)Sl、 S2、 S3、 S4均為絕緣柵雙極性晶體管IGBT。所述的直流側(cè)突波吸收電容Cs為聚乙烯薄膜高頻電容。 所述的差模濾波電抗器L為采用高頻非晶鐵心構(gòu)成的差模濾波電抗器。 所述的第三電容C和差模濾波電抗器L之間的諧振頻率為5至6倍的工頻頻率。所述的單相并網(wǎng)斷路器S帶有電動操作部分和快速脫勵部分以達(dá)到通過電 信號控制諧波治理裝置并網(wǎng)或脫網(wǎng)操作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置通過 三相獨立的諧波治理單相主電路，采用了新型的結(jié)構(gòu)，降低了控制的復(fù)雜度，可完 全補(bǔ)償中線電流，電能轉(zhuǎn)換效率大于95%，三單相逆變?nèi)珮螂娐分蠧、 L發(fā)生諧振， 降低直流側(cè)電壓，同時也降低裝置的電磁干擾。


圖1是本實用新型諧波治理單相主電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本實用新型的具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置，包括三相獨立 的諧波治理單相主電路，該諧波治理單相主電路包括依次相連的單相逆變?nèi)珮?直流側(cè)電壓支撐電容器組1、單相逆變?nèi)珮螂娐?、高頻濾波電路3、無源低通 濾波器4和諧波治理并網(wǎng)電路5，其中單相逆變?nèi)珮蛑绷鱾?cè)電壓支撐電容器組1，包括與并聯(lián)的第一大容量、高 電壓電解電容Cdl、第二大容量、高電壓電解電容Cd2、第三大容量、高電壓 電解電容Cd3、第四大容量、高電壓電解電容Cd4、直流側(cè)電容能量釋放電阻 R串聯(lián)的直流側(cè)電容快速熔斷器F1，其中第一、第二、第三、第四大容量、高電壓電解電容Cdl、 Cd2、 Cd3、 Cd4 起到直流側(cè)電壓支撐作用，為單相逆變?nèi)珮螂娐?輸出電流的形成提供穩(wěn)定的 電壓源，這四個大容量、高電壓電解電容參數(shù)一致，即額定耐壓水平為450VDC， 額定容量為5600uF，耐高紋波電流，高可靠性，長壽命(運行溫度為+8S'C時, 施加紋波電流可承受20000小時)，尺寸為-10()x25()i ，在具有無功補(bǔ)償?shù)闹C 波治理裝置穩(wěn)定運行時，諧波治理的各個單相逆變?nèi)珮螂娐?直流側(cè)額定電壓 水平為400VDC;直流側(cè)電容能量釋放電阻R，該電阻的作用是當(dāng)具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治 理裝置停機(jī)脫網(wǎng)和故障脫網(wǎng)時，直流側(cè)第、第二、第三、第四大容量、高電壓電解電容Cdl、 Cd2、 Cd3、 Cd4通過該直流側(cè)電容能量釋放電阻R釋放其存儲 的能量，并逐步降低直流側(cè)第一、第二、第三、第四大容量、高電壓電解電容Cdl、 Cd2、 Cd3、 Cd4上殘留電壓，以保證設(shè)備元件和檢修人員人身安全，該 電阻的取值應(yīng)能保證直流側(cè)能量損耗小于IOW，本實施例中，直流側(cè)電容能量 釋放電阻R的取值為"^±10%， 20W的水泥電阻；直流側(cè)電容保護(hù)快速熔斷器F1，該熔斷器的作用是當(dāng)具有無功補(bǔ)償?shù)闹C 波治理裝置的單相逆變?nèi)珮螂娐?發(fā)生短路故障時，第一 第四大容量、高電 壓電解電容Cdl Cd4將通過導(dǎo)通的大功率開關(guān)(本實施例中為絕緣柵雙極性晶 體管IGBT)迅速釋放能量，此時直流側(cè)第一 第四大容量、高電壓電解電容 Cdl Cd4的電流將急劇上升，電容將可能因此而發(fā)生過熱現(xiàn)象，導(dǎo)致其工作壽 命降低，嚴(yán)重時會導(dǎo)致直流側(cè)第一 第四大容量、高電壓電解電容Cdl Cd4爆 炸，因此當(dāng)裝置發(fā)生嚴(yán)重過流時(其它過流保護(hù)措施失效時)，并且裝置電流 達(dá)到設(shè)計的熔斷極限時，該直流側(cè)電容保護(hù)快速熔斷器Fl熔斷，切斷直流側(cè) 第一 第四大容量、高電壓電解電容Cdl Cd4與單相逆變?nèi)珮螂娐?之間的連 接，不僅保護(hù)直流側(cè)電解電容Cdl Cd4，而且還可保護(hù)單相逆變?nèi)珮螂娐?的 功率元件，該直流側(cè)電容保護(hù)快速熔斷器Fl的選取大于裝置其它關(guān)于IGBT保 護(hù)的最大限值，本諧波治理裝置中直流側(cè)電容保護(hù)快速熔斷器Fl釆用額定 電壓為500V、熔斷電流為350A的功率半導(dǎo)體保護(hù)快速熔斷器。單相逆變?nèi)珮螂娐?，包括直流側(cè)突波吸收電容Cs、第一、第二、第三、 第四大功率開關(guān)S1、 S2、 S3、 S4，第一 第四大功率開關(guān)S1 S4均為絕緣柵雙 極性晶體管IGBT，該第一、第二大功率開關(guān)S1、 S2串聯(lián)后并聯(lián)在直流側(cè)突波 吸收電容Cs的兩端，第三、第四大功率開關(guān)S3、 S4串聯(lián)后并聯(lián)在直流側(cè)突波 吸收電容Cs的兩端，其中，直流側(cè)突波吸收電容Cs的兩端為輸入端，第一大 功率開關(guān)Sl和第二大功率開關(guān)S2的中間結(jié)點為第一中間結(jié)點Nl，第三大功 率開關(guān)S3和第四大功率開關(guān)S4的中間結(jié)點為第二中間結(jié)點N2，第一中間結(jié) 點N1和第二中間結(jié)點N2為輸出端，其中第一 第四大功率開關(guān)S1 S4的具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)諧波治理部分的容量來決 定，本諧波治理裝置中單相逆變?nèi)珮螂娐?的額定容量為75kVA,短時一分鐘過 負(fù)荷容量為100kVA，因此功率元件IGBT的電流應(yīng)在2倍的單相逆變?nèi)珮螂?路2最大電流，即303A;由于單相逆變?nèi)珮螂娐?的直流側(cè)額定電壓為 400VDC，因此功率元件IGBT的電壓取3倍的直流側(cè)額定電壓，即1200VDC;為了保證單相逆變?nèi)珮螂娐?能夠有效消除線路中的諧波成分，應(yīng)具有較高的 開關(guān)頻率，因此選用能夠穩(wěn)定運行在10kHz的功率開關(guān)元件IGBT，考慮到各 個功率元件的散熱問題，采用與散熱器接觸面積較大的功率開關(guān)元件IGBT， 具體的第一 第四大功率開關(guān)S1 S4的參數(shù)為IGBT額定電壓1200VDC;IGTB額定電流302A;IGTB開關(guān)頻率^10kHz;IGTB工作溫度—5°C + 80°C;IGTB基本外形具有較大接觸面積的平板型；IGBT損耗特性具有〈2V的導(dǎo)通壓降；直流側(cè)突波吸收電容Cs，主要目的是防止第一 第四大功率開關(guān)S1 S4在開關(guān)過程發(fā)生過電壓現(xiàn)象，而導(dǎo)致功率元件損壞，該電容為聚乙烯薄膜高頻電容，其電壓等級為1200VDC，容量為3.3uF。高頻濾波電路3，包括依次連接的低通濾波器31、差模濾波電抗器L、脈 沖群抑制器32，該低通濾波器包括若干電感、電阻和電容，該低通濾波器31 包括依次串聯(lián)的第一電感Ll、第一電阻R1、第一電容C1、第二電容C2、第 二電阻R2和第二電感L2，，該低通濾波器31是其中，第一電感L1的一端與 第一中間結(jié)點N1相連，另一端還與差模濾波電抗器L的一輸入端相連，第二 電感L2的一端與第二中間結(jié)點N2相連，另一端還與差模濾波電抗器L的另一 輸入端相連，本實施例中，差模濾波電抗器L為采用高頻非晶鐵心構(gòu)成的差模 濾波電抗器，其中第一電感L1、第一電阻R1、第一電容C1、第二電容C2、第二電阻R2和 第二電感L2構(gòu)成了帶阻尼衰減的低通濾波器，其截止頻率為lOkHz,因此Ll二 L2 = 500uH，電壓等級為500V; Cl = C2=10uF，電壓等級為800V; R1=R2 =0.3Q，功率為25W;差模濾波電抗器L是采用高頻非晶鐵心構(gòu)成的差模濾波電抗器，L = 250uH，該差模濾波電抗器L同時與第三電容C作用構(gòu)成無源濾波裝置；脈沖群抑制器32，是為了防止配電網(wǎng)操作過電壓或高頻、高壓脈沖對裝置 發(fā)生沖擊，而導(dǎo)致裝置功率元器件因電磁干擾EMI導(dǎo)致?lián)p壞現(xiàn)象，該脈沖群抑制器32的容量由單相逆變?nèi)珮螂娐?的容量決定，其額定電流為150A，額定 電壓為220V。無源低通濾波器4，包括一第三電容C，它串聯(lián)在脈沖群抑制器的一輸出 端上，第三電容C和差模濾波電抗器L之間的諧振頻率為5至6倍的工頻頻率， 本實施例中，第三電容C的取值為500uF，電壓等級為400VAC。諧波治理并網(wǎng)電路5，包括裝置保護(hù)快速熔斷器F2和單相并網(wǎng)斷路器S， 裝置保護(hù)快速熔斷器F2的一端與第三電容C的輸出端相連，另一端與單相并 網(wǎng)斷路器S相連，單相并網(wǎng)斷路器S帶有電動操作部分和快速脫勵部分以達(dá)到 通過電信號控制諧波治理裝置并網(wǎng)或脫網(wǎng)操作，其中保護(hù)快速熔斷器F2，為裝置極端過電流(其它過電流保護(hù)措施失效時)保 護(hù)措施，其熔斷電流為350A，電壓等級為500V;單相并網(wǎng)斷路器S，其額定電流為150A，額定電壓為220V，該單相并網(wǎng) 斷路器S帶有電動操作部分和快速脫勵部分，達(dá)到通過電信號控制裝置并網(wǎng)或 脫網(wǎng)操作，以及裝置發(fā)生故障時，裝置快速脫網(wǎng)操作。
權(quán)利要求1.具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置，其特征在于，包括三相獨立的諧波治理單相主電路，所述的諧波治理單相主電路包括依次相連的單相逆變?nèi)珮蛑绷鱾?cè)電壓支撐電容器組、單相逆變?nèi)珮螂娐?、高頻濾波電路、無源低通濾波器和諧波治理并網(wǎng)電路，其中單相逆變?nèi)珮蛑绷鱾?cè)電壓支撐電容器組，包括與并聯(lián)的第一大容量、高電壓電解電容Cd1、第二大容量、高電壓電解電容Cd2、第三大容量、高電壓電解電容Cd3、第四大容量、高電壓電解電容Cd4、直流側(cè)電容能量釋放電阻R串聯(lián)的直流側(cè)電容快速熔斷器F1；單相逆變?nèi)珮螂娐罚ㄖ绷鱾?cè)突波吸收電容Cs、第一、第二、第三、第四大功率開關(guān)S1、S2、S3、S4，所述的第一、第二大功率開關(guān)S1、S2串聯(lián)后并聯(lián)在直流側(cè)突波吸收電容Cs的兩端，所述的第三、第四大功率開關(guān)S3、S4串聯(lián)后并聯(lián)在直流側(cè)突波吸收電容Cs的兩端，其中，直流側(cè)突波吸收電容Cs的兩端為輸入端，第一大功率開關(guān)S1和第二大功率開關(guān)S2的中間結(jié)點為第一中間結(jié)點N1，第三大功率開關(guān)S3和第四大功率開關(guān)S4的中間結(jié)點為第二中間結(jié)點N2，第一中間結(jié)點N1和第二中間結(jié)點N2為輸出端；高頻濾波電路，包括依次連接的低通濾波器、差模濾波電抗器L、脈沖群抑制器，該低通濾波器包括若干電感、電阻和電容；無源低通濾波器，包括一第三電容C，它串聯(lián)在脈沖群抑制器的一輸出端上；諧波治理并網(wǎng)電路，包括裝置保護(hù)快速熔斷器F2和單相并網(wǎng)斷路器S，裝置保護(hù)快速熔斷器F2的一端與第三電容C的輸出端相連，另一端與單相并網(wǎng)斷路器S相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置，其特征在于，所 述的低通濾波器包括依次串聯(lián)的第一電感L1、第一電阻R1、第一電容C1、第 二電容C2、第二電阻R2和第二電感L2，其中，第一電感L1的一端與第一中 間結(jié)點N1相連，另一端還與差模濾波電抗器L的一輸入端相連，第二電感L2 的一端與第二中間結(jié)點N2相連，另一端還與差模濾波電抗器L的另一輸入端相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置，其特征在于，所 述的第一、第二、第三和第四大功率開關(guān)Sl、 S2、 S3、 S4均為絕緣柵雙極性 晶體管IGBT。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置，其特征在于， 所述的直流側(cè)突波吸收電容Cs為聚乙烯薄膜高頻電容。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置，其特征在于，所 述的差模濾波電抗器L為采用高頻非晶鐵心構(gòu)成的差模濾波電抗器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置，其特征在于，所 述的第三電容C和差模濾波電抗器L之間的諧振頻率為5至6倍的工頻頻率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置，其特征在于，所 述的單相并網(wǎng)斷路器S帶有電動操作部分和快速脫勵部分以達(dá)到通過電信號控 制諧波治理裝置并網(wǎng)或脫網(wǎng)操作。
專利摘要本實用新型涉及具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置，包括三相獨立的諧波治理單相主電路，所述的諧波治理單相主電路包括依次相連的單相逆變?nèi)珮蛑绷鱾?cè)電壓支撐電容器組、單相逆變?nèi)珮螂娐?、高頻濾波電路、無源低通濾波器和諧波治理并網(wǎng)電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于具有無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理裝置通過三相獨立的諧波治理單相主電路，采用了新型的結(jié)構(gòu)，降低了控制的復(fù)雜度，可完全補(bǔ)償中線電流，電能轉(zhuǎn)換效率大于95％，三單相逆變?nèi)珮螂娐分蠧、L發(fā)生諧振，降低直流側(cè)電壓，同時也降低裝置的電磁干擾。
文檔編號H02J3/38GK201113442SQ200720076610
公開日2008年9月10日 申請日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月23日
發(fā)明者仲雋偉, 宏 關(guān), 周嚦昕, 列 孫, 張小越, 媚 王, 康 王, 顧臨峰 申請人:上海久隆電力科技有限公司;上海市電力公司