無功功率高精度靜止補償裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種無功功率高精度靜止補償裝置，通過在不同情形下選擇采用不同途徑投切補償容量或方式不同的電容補償電路，充分利用了幾種不同類型的電容補償電路各自的優(yōu)點，可在較低成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)無功功率高精度的靜止補償（功率因數(shù)可達到0.99以上），具有無功功率調(diào)節(jié)比較平滑、補償跟隨強的優(yōu)點，同時，運營維護成本較低、系統(tǒng)可靠性耐用性好。與現(xiàn)有的無功功率補償裝置相比，本實用新型裝置的技術(shù)方案性價比極高，極適宜在配電網(wǎng)中推廣使用。
【專利說明】無功功率高精度靜止補償裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種無功功率補償裝置，尤其是涉及一種無功功率高精度靜止補
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【背景技術(shù)】
[0002]在配電網(wǎng)中，電力發(fā)電機所發(fā)的無功功率和輸電線的功率常常不足以滿足網(wǎng)中大量的電機、變壓器、電抗器、熒光燈等感性負載的無功需求以及系統(tǒng)中無功的損耗，因而往往造成電網(wǎng)功率因數(shù)下降、電網(wǎng)系統(tǒng)利用率降低。為了減少有功損失和電壓降落、減少電力輸送中的損耗，更為了電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟、高效地運行，提高電力輸送的容量和質(zhì)量，通常都要進行就近的無功功率補償或者調(diào)節(jié)。目前廣泛采用通過投切并聯(lián)電容器(組)的方式進行無功補償，其原理是先通過監(jiān)測線路電壓與電流，計算功率因數(shù)；如果功率因數(shù)滯后則投入電容，如果功率因數(shù)超前則切除電容。
[0003]從綜合系統(tǒng)建設(shè)成本、運營管理成本及運行性能的角度考慮，無功功率補償技術(shù)的發(fā)展趨勢是在兼顧成本的基礎(chǔ)上，運行更可靠，無功功率調(diào)節(jié)更迅速、平滑、準(zhǔn)確，補償更靈活、高效、快速、合理。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的，即在于提供一種性價比較高的無功功率高精度靜止補償裝置。
[0005]本實用新型無功功率高精度靜止補償裝置同樣是通過投切并聯(lián)電容器(組)的方式進行無功補償，具體包括有I型補償電路、II型補償電路、無級補償電路，以及信號檢測處理電路和控制電路；所述I型補償`電路與II型補償電路，分別包括有一個由晶閘管開關(guān)與補償電容器串聯(lián)而得的電路，或包括有若干個相互并聯(lián)的由晶閘管開關(guān)與補償電容器串聯(lián)而得的電路；但所述II型補償電路的補償容量是所述I型補償電路的1.5-2.5倍；所述無級補償電路，包括有補償變壓器、移相電路；所述補償變壓器的次級繞組可移除地串接于接入母線與所述1、II型補償電路之間；補償變壓器的初級繞組接至所述移相電路的輸出端；所述移相電路設(shè)有移相角度控制端，該控制端與信號檢測處理電路的采樣數(shù)據(jù)輸出端相連。其中，所述晶閘管開關(guān)可采用復(fù)合開關(guān)替代；
[0006]上述無功功率高精度靜止補償裝置的無功功率補償原理及使用方法為:首先對接入母線上的負載側(cè)電壓、電流信號進行采樣；計算出負載側(cè)功率因數(shù)和無功功率缺額，推算出無功功率目標(biāo)補償量；然后再根據(jù)該無功功率目標(biāo)補償量，再以下述的方法選擇投切相應(yīng)的電容補償電路:
[0007](I)當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)無功功率欠補時，先投入I型補償電路；如仍欠補，則再投入II型補償電路；
[0008]當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)無功功率過補時，先切I型補償電路；如仍過補，則再切II型補償電路；[0009](2)當(dāng)無功功率欠補額或過補額小于所述I型補償電路的最小補償量時，再通過調(diào)節(jié)無級補償電路，直到配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)或無功功率缺額進入設(shè)定值范圍內(nèi)為止；具體的無級補償調(diào)節(jié)原理為:所述無級補償電路先結(jié)合檢測到的接入母線電壓(含其相位信息)、電流和1、II型補償電路投切的信息(如補償電容器投切狀態(tài)及相關(guān)電壓、電流等)，以母線電壓相位作為參考相位，根據(jù)無功功率目標(biāo)補償值計算出補償變壓器次級繞組兩端的目標(biāo)電壓相位及其相位調(diào)整值；然后調(diào)整所述移相電路輸出電壓的相位，使所述補償變壓器次級繞組感應(yīng)的電壓與接入母線電壓相量疊加后在補償電容器上獲得所需的目標(biāo)電壓，同時產(chǎn)生所需的無功功率補償量。
[0010]由上述分析可知，該方案首先通過投切I型補償電路(一次性或分段地)對配電網(wǎng)進行快速跟隨補償，如仍不足再行(一次性或分段地)投切II型補償電路，這樣的每一步投切動作都會在配電網(wǎng)中體現(xiàn)為快速、有效、漸近準(zhǔn)確(而非忽左忽右、波動極大式)的初步補償；然后，再通過無級補償電路，以調(diào)整無級補償電路中補償變壓器初級繞組兩端的電壓相位并進而調(diào)整補償電容器兩端電壓的方式，產(chǎn)生所需的無功功率補償量同時實現(xiàn)無級高精度無功功率補償。
[0011]上述方案中，所述移相電路可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)及在公知常識的基礎(chǔ)上，綜合考慮設(shè)計運營成本、個人喜好等后自行設(shè)計而得，例如用變頻器改造而得，也可以采用如下方案:包括有依序相連的整流電路、脈寬調(diào)制移相逆變電路、高頻變壓電路和濾波電路，用于輸出與母線同頻的正弦波移相電壓；其中，所述整流電路的輸入端與供電電源相連，所述濾波電路的輸出端與補償變壓器初級繞組的兩端相連；所述脈寬調(diào)制移相逆變電路設(shè)有移相角度控制端，該控制端與信號檢測處理電路的采樣數(shù)據(jù)輸出端相連。使用時，先對所述移相電路的輸入電源進行整流，然后進行脈寬調(diào)制移相逆變及高頻變壓、濾波后輸出與母線同頻的正弦波移相電壓，其移相值取為前述算出的補償變壓器次級繞組兩端的相位調(diào)整值。
[0012]根據(jù)本領(lǐng)域基礎(chǔ)常識，本實用新型無功功率高精度靜止補償裝置所述1、II型補償電路中所用的各補償電容器，可以是獨立電容，也可以是電容器組；采用電容器組時，所述電容器組采用△或T連接皆可。
[0013]由上，本實用新型無功功率高精度靜止補償裝置應(yīng)用于無功功率補償時，通過在不同情形下選擇采用不同途徑投切補償容量或方式不同的電容補償電路，可充分發(fā)揮補償電路及元器件各自的特長，在系統(tǒng)投入成本盡可能降低的情形下實現(xiàn)了無功功率的靜止快速補償，具有無功功率調(diào)節(jié)比較平滑、補償精度極高的優(yōu)點，同時，運營維護成本較低、系統(tǒng)可靠性耐用性好。本實用新型無功功率高精度靜止補償裝置在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用也證實了本實用新型技術(shù)方案性價比極高:與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用了本實用新型方案進行無功功率補償，可在較低成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)無功功率的高精度補償(功率因數(shù)可達到0.99以上)，補償跟隨強、系統(tǒng)工作可靠性高，運行維護成本明顯較低，極適宜在配電網(wǎng)中推廣使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型無功功率高精度靜止補償裝置的一個實施例的電路原理框圖。
[0015]圖2是本實用新型無功功率高精度靜止補償裝置使用的移相電路的一個實施例的電路原理框圖。【具體實施方式】
[0016]一、以下結(jié)合附圖對本實用新型無功功率高精度靜止補償裝置作進一步的說明。
[0017]圖1是本實用新型無功功率高精度靜止補償裝置的一個實施例的電路原理框圖。如圖1所示，本實用新型裝置主要包括采用了 1、II型補償電路和無級補償電路，以及相應(yīng)的信號檢測處理電路和控制電路(在圖1中未予示出)，其中I型補償電路和II型補償電路電路結(jié)構(gòu)相似，均包括有若干個相互并聯(lián)的補償支路，各支路均由晶閘管開關(guān)(也可用采用復(fù)合開關(guān)替代)與補償電容器串聯(lián)而得；但所述II型補償電路的補償容量設(shè)定為所述I型補償電路的1.5-2.5倍；而無級補償電路主要由補償變壓器和移相電路組成，其中補償變壓器的次級繞組通過控制開關(guān)可移除地串接于接入母線與1、II型補償電路之間；補償變壓器的初級繞組接至所述移相電路的輸出端；所述移相電路設(shè)有移相角度控制端，該控制端與信號檢測處理電路的采樣數(shù)據(jù)輸出端相連。
[0018]本實用新型無功功率高精度靜止補償裝置所述移相電路可具體采用如圖2所示的結(jié)構(gòu):包括有依序相連的整流電路、脈寬調(diào)制移相逆變電路、聞頻變壓電路和濾波電路，用于輸出與母線同頻的正弦波移相電壓；其中，所述整流電路的輸入端與供電電源相連，所述濾波電路的輸出端與補償變壓器初級繞組的兩端相連；所述脈寬調(diào)制移相逆變電路設(shè)有移相角度控制端，該控制端與信號檢測處理電路的采樣數(shù)據(jù)輸出端相連。
[0019]在此補充說明的是:雖然上述實施例對應(yīng)的附圖1中所述1、II型補償電路中所用的補償電容器分別為電容器組并采用△連接，事實上，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的常識，所述電容器組也可視生產(chǎn)現(xiàn)場實際采用T連接，或者使用獨立電容器。
[0020]二、幾種無功功率補償裝置與本實用新型無功功率高精度靜止補償裝置的對比
[0021]1、第一種無功 功率補償裝置:
[0022]補償方案:與本實用新型裝置相比，其方案中未設(shè)有無級補償電路。
[0023]兩個方案的對比分析:顯然該方案只能進行有級補償，從而補償精度不可能很高。而本實用新型裝置由于是通過調(diào)整補償變壓器初級繞組兩端的電壓相位而連帶使得并聯(lián)電容器的無功功率補償量也跟隨變化，屬于無級補償，從而可實現(xiàn)高精度補償(功率因數(shù)可達到0.99以上)。
[0024]2、第二種無功功率補償裝置:
[0025]補償方案:設(shè)有本實用新型裝置中的無級補償電路，但未設(shè)有晶閘管開關(guān)或快速復(fù)合開關(guān)；在補償時是直接通過調(diào)整移相電路輸出電壓的相位、進而使所述補償變壓器次級繞組感應(yīng)的電壓與接入母線電壓相量疊加后在補償電容器上獲得所需的目標(biāo)電壓，同時產(chǎn)生所需的無功功率補償量。
[0026]分析:假設(shè)所采用的移相電路及補償變壓器的容量設(shè)計為3kW，可調(diào)節(jié)補償電容器端電壓范圍為±3%;由于電容器的補償容量與電容器端電壓的平方成正比，經(jīng)計算可知可實現(xiàn)的無級調(diào)節(jié)補償容量達12%。也就是說用一個3%容量的移相電路及補償變壓器可實現(xiàn)12%的無級調(diào)節(jié)補償容量的目的，該無級補償電路顯然具有“小馬拉大車”的功能！本實用新型配合以優(yōu)化的補償投切方法后，可首先將大部分的無功補償額交由系統(tǒng)建設(shè)成本較低的1、II型補償電路完成，而由系統(tǒng)建設(shè)成本較高的移相電路來完成剩余部分無功補償額并同時實現(xiàn)高精度補 償，從而，本方案與單純采用無級補償電路完成所有無功補償任務(wù)的方案相比，成本可大大降低。正因為價格低廉，本實用新型裝置才更有可能應(yīng)用到電網(wǎng)配電變壓器上及電動機就地補償上。
[0027](三)本實用新型的另一實施例:
[0028]本實施例所采用的電路原理結(jié)構(gòu)與圖1所示的基本相同，不同之處在于:所述補償變壓器的次級繞組可斷開地串接于接入母線與所述I型補償電路之間，而所述II型補償電路直接并聯(lián)到母線上。
【權(quán)利要求】
1.無功功率高精度靜止補償裝置，包括有并聯(lián)于母線的補償電容器，以及信號檢測處理電路和控制電路；其特征在于:包括有I型補償電路、II型補償電路和無級補償電路； 所述I型補償電路與II型補償電路，分別包括有一個由晶閘管開關(guān)與補償電容器串聯(lián)而得的電路，或包括有若干個相互并聯(lián)的由晶閘管開關(guān)與補償電容器串聯(lián)而得的電路；但所述II型補償電路的補償容量是所述I型補償電路的1.5-2.5倍；或者，所述晶閘管開關(guān)采用復(fù)合開關(guān)替代； 所述無級補償電路，包括有補償變壓器、移相電路；所述補償變壓器的次級繞組可移除地串接于接入母線與所述1、II型補償電路之間；補償變壓器的初級繞組接至所述移相電路的輸出端；所述移相電路設(shè)有移相角度控制端，該控制端與信號檢測處理電路的采樣數(shù)據(jù)輸出端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功功率高精度靜止補償裝置，其特征在于所述補償變壓器的次級繞組可移除地串接于接入母線與所述I型補償電路之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無功功率高精度靜止補償裝置，其特征在于:所述移相電路包括有依序相連的整流電路、脈寬調(diào)制移相逆變電路、高頻變壓電路和濾波電路，用于輸出與母線同頻的正弦波移相電壓；其中，所述整流電路的輸入端與供電電源相連，所述濾波電路的輸出端與補償變壓器初級繞組的兩端相連；所述脈寬調(diào)制移相逆變電路設(shè)有移相角度控制端，該控制端與信號檢測處理電路的采樣數(shù)據(jù)輸出端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無功功率高精度靜止補償裝置，其特征在于所述1、II型補償電路中所用的補償電 容器采用△型或T型連接電容。
【文檔編號】H02J3/18GK203674721SQ201320868992
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】駱武寧, 龍軍, 海濤 申請人:廣西諾斯貝電氣有限公司