專利名稱：矩陣式無源諧波抑制和無功功率補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種矩陣式無源諧波抑制和無功功率補償裝置，具體為一種LC 諧波抑制和無功功率補償裝置，用于電網(wǎng)的諧波抑制和無功功率補償。
背景技術(shù)：
由于非線性負(fù)荷的存在，要求電網(wǎng)提供諧波能量；由于感性負(fù)荷的存在，要求電網(wǎng) 提供無功功率。諧波能量的幅度及頻率和無功功率的幅度都隨負(fù)荷的變化而變化。諧波能 量和無功功率的負(fù)面效應(yīng)之一是增加供電設(shè)備的容量，因此有必要將諧波能量和無功功率 降低到可以接受的范圍之內(nèi)。諧波抑制和無功功率補償裝置按工作原理可以分為無源補償和有源補償兩類1.無源補償裝置采用LC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補償。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟方便的特點， 是目前應(yīng)用最多的方法。2.有源補償裝置采用電力電子技術(shù)進(jìn)行補償。由于其具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴的 特點目前應(yīng)用較少?，F(xiàn)有的無源補償裝置首先將補償對象分為諧波抑制和無功功率補償兩種類型，然 后將總補償量分為若干路，每一路采用固定的LC參數(shù)，根據(jù)需要的補償量決定投切的路數(shù) 進(jìn)行補償。由于補償類型和LC參數(shù)都必須根據(jù)具體的對象事先確定，因此這種方式存在不 能根據(jù)當(dāng)前諧波能量的幅度及頻率和無功功率的幅度的變化而改變補償類型和LC參數(shù)以 適應(yīng)變化，使補償效果不能達(dá)到最佳狀態(tài)的不足之處。
發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在不足之處，本實用新型提供了一種矩陣式無源諧波抑制和無功 功率補償裝置，它與配套的控制器一起工作?？刂破髂軌驒z測諧波能量的幅度及頻率和無 功功率的幅度并且能根據(jù)當(dāng)前諧波能量的幅度及頻率和無功功率的幅度的變化，控制各個 電控開關(guān)的分?jǐn)嗪烷]合從而改變LC參數(shù)以適應(yīng)變化，使補償效果達(dá)到最佳狀態(tài)。本實用新型的目的是通過以下措施實現(xiàn)的一種矩陣式諧波抑制和無功功率補償裝置，該裝置分為A、B、C三相，分別連接于 電網(wǎng)相應(yīng)各相上，其特征在于該裝置的三相結(jié)構(gòu)相同，每相包括二個晶閘管、若干電控開關(guān)，以及至少二個電容 支路；每個電容支路由一個電控開關(guān)和相應(yīng)的電容串接而成，各電容支路相互并聯(lián)；所述兩個晶閘管反并聯(lián)后一端接入需要補償?shù)碾娋W(wǎng)三相；另一端與各電容器支路 的電控開關(guān)相連。所述每相中還設(shè)有一個電阻、第一、第二電控開關(guān)(第一電控開關(guān)包括三相中的 S34、S35、S36 ；第二電控開關(guān)包括三相中的S37、S38、S39)和若干電抗器支路；每個電抗器 支路由一個電控開關(guān)和一個電抗器串聯(lián)而成，各支路的電抗器依次串聯(lián)，串接后的電抗器 的另一端與第二電控開關(guān)以及所述電阻(三相中的電阻分別為R1、R2、R3)的一端相連，各電抗器支路的電抗器分別通過其電控開關(guān)與反并聯(lián)的兩個晶閘管另一端及第一電控開關(guān)相 連，所述第二電控開關(guān)的另一端分別與電阻的另一端連接、第一電控開關(guān)另一端、以及每個 電容支路的電控開關(guān)非電容串聯(lián)端連接。每相中的電容支路為2-10個。每相中的電容支路為2-10個；每相中的電抗器支路為1-5個。每相中電抗器支路中的第二電抗器是第一電抗器電感量的1. 5^3. 5倍，并按此倍 率依次設(shè)置。最佳是2倍倍率關(guān)系。每相中電抗器支路中的第二電抗器是第一電抗器電感量的2倍，并按此倍率依次設(shè)置。每相中電容支路中的第二電容是第一電容電容量的0. 5^3. 5倍，并按此倍率依次 設(shè)置。最佳是2倍倍率關(guān)系。本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點本裝置通過改變LC參數(shù)以適應(yīng)變化，使補償效果達(dá)到最佳狀態(tài)；改變LC參數(shù)有兩 種方法，一種是改變電抗器和電容器的個數(shù)，另一種是改變各個電抗器和電容器的參數(shù)。本 實用新型把兩種分別或結(jié)合使用。
以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行描述。附

圖1是每相三個電抗器支路和八個電容支路的三相分補情況下補償裝置原理 圖。附圖2是每相三個電抗器支路和六個電容支路三相共補情況下補償裝置原理圖。附圖3是每相一個電抗器六個電容三相分補情況下補償裝置原理圖。附圖4是每相一個電抗器五個電容三相共補情況下補償裝置原理圖。附圖5是每相兩個電抗器五個電容三相分補情況下補償裝置原理圖。附圖6是每相兩個電抗器四個電容三相共補情況下補償裝置原理圖。附圖7是每相六個電容三相分補情況下補償裝置原理圖。附圖8是每相五個電容三相共補情況下補償裝置原理圖。
具體實施方式
附圖1和附圖8分別各是一個單元(也就是一種結(jié)構(gòu)形式的補償裝置)，在一個系 統(tǒng)中可以根據(jù)需要由多個相同或不同的單元組合在一起。這些單元可以共用一個大型控制 器而分別使用各自的端口，也可以分別使用各自的控制器。每個單元每相的電容和電抗器 的數(shù)量及具體參數(shù)根據(jù)需要確定。附圖中。該裝置的A、B、C三相對應(yīng)需要補償?shù)碾娋W(wǎng)三相，N接中線。Q1-Q6是晶 閘管，用作無觸點開關(guān)，在控制器的控制下，電壓過零投入，電流過零切除。L1-L9是電抗器； 它們可以是獨立的電抗器，其中Li、L2、L3，L4、L5、L6，L7、L8、L9參數(shù)值分別相等；L4的電 感量是Ll的1. 5到3. 5倍，L7的電感量是L4的1. 5到3. 5倍；它們也可以是同一個三相電 抗器的不同部分，此時Li、L4、L7，L2、L5、L8，L3、L6、L9分別為同一芯柱同一線圈以抽頭形 成的電感，把這些線頭分別編為0、1、2、3，0-1之間為Ll、L2、L3，l-2之間為L4、L5、L6，2_3之間為L7、L8、L9 ；0-2之間的電感量為0_1之間的1. 5到3. 5倍，0_3之間的電感量為0_2 之間的 1. 5 到 3. 5 倍。C10-C33 是電力電容器，其中 C10-C18、C19-C21、C22-C24、C25-C27、 C28、C30、C32，C29、C31、C33參數(shù)值分別相等；C28的電容量是C29的0. 5到2倍，C25的電 容量是C28的1. 5到3. 5倍，C22的電容量是C25的1. 5到3. 5倍，C19的電容量是C22的 1. 5到3. 5倍，ClO的電容量是C19的1. 5到3. 5倍。以上各倍率關(guān)系均可取2倍。R1-R3 是參數(shù)相等的電阻。S1-S39是電控開關(guān)(例如接觸器);它們可以相互獨立，也可以按S1、S2、 S3, S4、S5、S6, S7、S8、S9, Sll、S13、S16, S12、S15、S18, S19、S20、S21, S22、S23、S24, S25、 S26、S27, S28、S30、S32, S29、S31、S33，S34、S35、S36, S37、S38、S39 分組，同一組電控開關(guān) 的閉合和分?jǐn)嗍峭瑫r的(例如同一接觸器的不同觸頭)。(其中第一電控開關(guān)包括三相中的 S34、S35、S36 ；第二電控開關(guān)包括三相中的S37、S38、S39 ；其中第一電容包括三相中的C29、 C31、C33，第二電容包括三相中的C28、C30、C32，第三、第四依次前推；其中第一電抗器包括 三相中的L1、L2、L3，第二電抗器包括三相中的L4、L5、L6，第三、第四依此類推；其中的電阻 包括三相中的R1、R2、R3。)
以下結(jié)合附圖1的A相描述元件之間的連接關(guān)系。Q1、Q2的陽極和陰極反并聯(lián)后一端和A相連接，另一端和S1、S4、S7、S34的一端連 接。S7的另一端和L7的一端連接。S4的另一端和L4的一端連接。Sl的另一端和Ll的 一端連接。L7的另一端和S4的另一端連接。L4的另一端和Sl的另一端連接。S37和Rl 并聯(lián)后一端與Ll的另一端連接，另一端與S34的另一端連接。C16和C17并聯(lián)后和S16串 聯(lián)。S18、C18，S2UC21, S22、C22，S25、C25，S28、C28，S29.C29 分別串聯(lián)后再并聯(lián)；串聯(lián)后 的S16、C16C17也和它們并聯(lián)。S16、S34、S37的另一端連接在一起。N接在C21的另一端。 B相和C相具有和A相同樣的連接方式。附圖2具有和附圖1相似的連接，不同之處在于三角接法，沒有N線，減少了 S16、 C16、C17、S13、C13、C14、S11、C10、C11 ；S28 的另一端和 C30 的另一端連接；S26 的另一端和 C32的另一端連接；S32的另一端和以8的另一端連接。附圖3具有和附圖1相似的連接，不同之處在于減少了 S7、L7、S4、L4、S16、C16、 C17、S8、L8、S5、L5、S13、C13、C14、S9、L9、S6、L6、S11、C10、C11。附圖4具有和附圖2相似的連接，不同之處在于減少了 S7、L7、S8、L8、S9、L9、S4、 L4、S5、L5、S6、L6、S12、S18、S15、C15、C18、C12。附圖5具有和附圖1相似的連接，不同之處在于減少了 S7、L7、S16、C16、C17、S8、 L8、S13、C13、C14、S6、L6、Sll、CIO、Cll、S18、C18、S15、C15、S12、C12。附圖6具有和附圖2相似的連接，不同之處在于減少了 S7、L7、S8、L8、S9、L9、S12、 S18、S15、C15、C18、C12、S21、C21、S23、C23、S24、C24。附圖7具有和附圖1相似的連接，不同之處在于減少了 S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、 S8、S9、Sll、S13、S16、S34、S35、S36、S37、S38、S39、Li、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、RU R2、R3、C10、C11、C13、C14、C16、C17。附圖8具有和附圖2相似的連接，不同之處在于減少了 Si、S2、S3、S4、S5、S6、S7、 S8、S9、S12、S15、S18、S34、S35、S36、S37、S38、S39、Li、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、RU R2、R3、C12、C15、C18。綜上所述，本裝置是一種矩陣式無源網(wǎng)絡(luò)，通過各個電控開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)不同組合從而改變網(wǎng)絡(luò)的LC參數(shù)。在不考慮串聯(lián)電阻R1、R2、R3的前提下，就本質(zhì)而言，用于無功 補償串聯(lián)了電抗器的無功補償電容器和用于諧波抑制串聯(lián)LC濾波器在電路結(jié)構(gòu)上都是一 樣的，都是串聯(lián)LC電路；從這個意義上講，改變LC參數(shù)不光可以改變諧振頻率，用以抑制不 同頻率的諧波，還可以改變補償類型用于無功功率補償。當(dāng)其用于無功功率補償時，通過投 切適當(dāng)電感量的電抗器，即可實現(xiàn)不與背景諧波諧振，不放大諧波電流，確保電網(wǎng)安全的目 標(biāo)。因此本實用新型具有廣泛適應(yīng)性。圖1和圖2所用電抗器和電容器的數(shù)量多適用于工 況變化大的場合，圖3、圖4、圖5、圖6電抗器和電容器的數(shù)量少適用于工況變化小的場合， 圖7和圖8沒有電抗器只能濾除高次諧波和背景諧波不大的無功功率補償。因此上述各個 單元具有不同的功能、性能和成本，實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體負(fù)荷情況選擇單元的類型和數(shù) 量組成系統(tǒng)。
以下結(jié)合附圖1和附圖2，給出L、C及R參數(shù)和電控開關(guān)的狀態(tài)，進(jìn)一步說明本實 用新型的工作原理和工作過程。在附圖1中。R3=0. 05歐姆。獨立電感，Ll=O. 3毫亨，L4=0. 6毫亨，L7=l. 1毫亨， C28=17 微法，C29=17 微法，C25=28 微法，C22=45 微法，C21=85 微法，C18=170 微法，C16=170 微法。以A相為例。閉合S34不投入電抗器；閉合Si，而S34、S4、S7分?jǐn)?，投?.3毫亨； 閉合S4，而S34、Si、S7分?jǐn)?，投?. 9毫亨；閉合S7，而S34、S4、Sl分?jǐn)?，投?毫亨。分 斷S37投入Rl ；閉合S37不投入R1。本裝置可以通過兩個電容并聯(lián)的方式，得到大容量的 電容器，即ClO與Cll ；C12與C13 ；C16與C17并聯(lián)，即二電容并聯(lián)后為340微法；并聯(lián)后的 電容支路為第七級電容支路，其電容量為前一級電容C12、C15、C18電容量(170微法)的2 倍；與電容器串聯(lián)的電控開關(guān)閉合則投入該電容，分?jǐn)鄤t不投入該電容。用于諧波抑制投入 電阻；三次諧波投入2毫亨電抗器，投入C16、C17、C18、C22，每相555微法電容器；五次諧 波投入2毫亨電抗器，投入C18、C22，每相205微法電容器；七次諧波投入0. 9毫亨電抗器， 投入C18、C22、C28，每相232微法電容器；九次諧波投入0. 3毫亨電抗器，投入C16、C17、 C22、C28、C29，每相419微法電容器；i^一次諧波投入0. 3毫亨電抗器，投入C18、C22、C25、 C28、C29，每相277微法電容器；十三次諧波投入0. 3毫亨電抗器，投入C18、C25，每相198 微法電容器。用于無功功率補償不投入電阻；有三次諧波投入2毫亨電抗器，投入C16、C17、 C18、C21、C28，每相612微法電容器。沒有三次諧波投入2毫亨電抗器，投入C18、C21、C22， 每相300微法電容器。在控制器的控制下，先用電控開關(guān)將LC參數(shù)配置好后，再用無觸點 開關(guān)進(jìn)行投切，即可實現(xiàn)諧波抑制和無功功率補償?shù)墓δ堋Ｔ诟綀D2中。R3=0. 05歐姆。獨立電感，Ll=O. 3毫亨，L4=0. 6毫亨，L7=l. 1毫亨， C28=10 微法，C29=5 微法，C25=20 微法，C22=40 微法，C21=80 微法，C18=160 微法。閉合 S34 不投入電抗器；閉合Si，而S34、S4、S7分?jǐn)?，投?. 3毫亨；閉合S4，而S34、S1、S7分?jǐn)啵?入0.9毫亨；；閉合S7，而S34、S4、S1分?jǐn)?，投?毫亨。分?jǐn)郤37投入Rl ；閉合S37不投 入R1。與電容器串聯(lián)的電控開關(guān)閉合則投入該電容，分?jǐn)鄤t不投入該電容。用于諧波抑制 投入Rl、R2、R3 ；三次諧波每相投入2毫亨電抗器，投入C29、C25、C18、C31、C26、C15、C33、 C27，C12、每相185微法電容器；五次諧波每相投入2毫亨電抗器，投入C28、C25、C21，C30、 C26、C23，C32、C27、C23，每相70微法電容器；七次諧波每相投入0. 9毫亨電抗器，投入C21， C20，C19，每相80微法電容器；九次諧波每相投入0. 3毫亨電抗器，投入C25、C22、C21，C26、 C23、C20, C27、C24、C19，每相140微法電容器；i^一次諧波每相投入0. 3毫亨電抗器，投入C21、C28，C20、C30，C19、C32，每相90微法電容器；十三次諧波每相投入0. 3毫亨電抗器，投 入C29、C25、C22，C31、C26、C23，C33、C27、C24，每相65微法電容器。用于無功功率補償不 投入R1、R2、R3 ；有三次諧波每相投入2毫亨電抗器，投入C22、C18，C23、C15，C24、C12，每 相200微法電容器。沒有三次諧波每相投入2毫亨電抗器，投入C25、C21，C26、C20, C27、 C19，每相100微法電容器。在控制器的控制下，先用電控開關(guān)將LC參數(shù)配置好后，再用無 觸點開關(guān)進(jìn)行投切，即可實現(xiàn)諧波抑制和無功功率補償?shù)墓δ堋?br> 權(quán)利要求1.一種矩陣式無源諧波抑制和無功功率補償裝置，該裝置分為A、B、C三相，分別連接 于電網(wǎng)相應(yīng)各相上，其特征在于該裝置的三相結(jié)構(gòu)相同，每相包括二個晶閘管、若干電控開關(guān)，以及至少二個電容支 路；每個電容支路由一個電控開關(guān)和相應(yīng)的電容串接而成，各電容支路相互并聯(lián)；所述兩個晶閘管反并聯(lián)后一端接入需要補償?shù)碾娋W(wǎng)三相；另一端與各電容器支路的電 控開關(guān)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣式無源諧波抑制和無功功率補償裝置，其特征在于所 述每相中還設(shè)有電阻、第一、第二電控開關(guān)和若干電抗器支路；每個電抗器支路由一個電控 開關(guān)和一個電抗器串聯(lián)而成，各支路的電抗器依次串聯(lián)，串接后的電抗器的另一端與第二 電控開關(guān)以及所述電阻的一端相連，各電抗器支路的電抗器分別通過其電控開關(guān)與所述反 并聯(lián)的兩個晶閘管另一端及第一電控開關(guān)相連，所述第二電控開關(guān)的另一端分別與電阻的 另一端、第一電控開關(guān)另一端、以及每個電容支路的電控開關(guān)非電容串聯(lián)端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣式無源諧波抑制和無功功率補償裝置，其特征在于每 相中的電容支路為2-10個。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的矩陣式無源諧波抑制和無功功率補償裝置，其特征在于每 相中的電容支路為2-10個；每相中的電抗器支路為1-5個。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的矩陣式無源諧波抑制和無功功率補償裝置，其特征在于每 相中電抗器支路中的第二電抗器是第一電抗器電感量的1.5 3. 5倍，并按此倍率依次設(shè) 置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的矩陣式無源諧波抑制和無功功率補償裝置，其特征在于所 述的倍率關(guān)系為2倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的矩陣式無源諧波抑制和無功功率補償裝置，其特征在于 每相中電容支路中的第二電容是第一電容電容量的0. 5^3. 5倍，并按此倍率依次設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的矩陣式諧波抑制和無功功率補償裝置，其特征在于所述的 倍率關(guān)系為2倍。
專利摘要本實用新型涉及一種矩陣式無源諧波抑制和無功功率補償裝置。該裝置分為A、B、C三相，分別連接于電網(wǎng)相應(yīng)各相上，該裝置的三相結(jié)構(gòu)相同，每相包括二個晶閘管、若干電控開關(guān)，以及至少二個電容支路；每個電容支路由一個電控開關(guān)和相應(yīng)的電容串接而成，各電容支路相互并聯(lián)；所述兩個晶閘管反并聯(lián)后一端接入需要補償?shù)碾娋W(wǎng)三相；另一端與各電容器支路的電控開關(guān)相連。該裝置將多個電抗器和電容器組合在一起，這些電抗器或電容器參數(shù)相近的電感量或電容量之間存在0.5到3.5的倍率關(guān)系。通過電控開關(guān)投入或切除電抗器電容器，改變串聯(lián)LC電路的參數(shù)，使其一套裝置就可以適應(yīng)于各次諧波抑制和無功功率補償，具有廣泛的適應(yīng)性。
文檔編號H02J3/01GK201937267SQ20112004225
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者于冬鋒, 徐旭東, 羅代云 申請人:南京奧立創(chuàng)物聯(lián)網(wǎng)智能科技有限公司