本實(shí)用新型涉及一種適用于供電電壓波形嚴(yán)重畸變、電壓波動(dòng)大或負(fù)荷含有高次諧波的場(chǎng)合，諸如軋制金屬材料工廠的主軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和礦山豎井卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)或具有類(lèi)似負(fù)荷性質(zhì)的配電變壓器低壓母線上，進(jìn)行諧波濾波和動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b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，尤其是礦山豎井卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和軋制金屬材料工廠的軋機(jī)系統(tǒng)，其直流傳動(dòng)裝置是普遍采用6相或12相變流器，傳動(dòng)裝置變流器在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生6k±1或12k±1次諧波(k為正整數(shù))，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染。由于礦山豎井卷?yè)P(yáng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)和軋機(jī)軋制時(shí)的無(wú)功沖擊引起的電壓波動(dòng)會(huì)影響其他用電設(shè)備的正常工作，要消除電壓波動(dòng)必須對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)，變流器低功率因數(shù)需要補(bǔ)償無(wú)功功率。為了解決類(lèi)似場(chǎng)合的諧波污染和無(wú)功功率補(bǔ)償問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)一般采用的是：

1、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TSR+FC方案。TSR是相控電抗器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)成的某次諧波濾波器、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)荷含有豐富諧波的場(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)，由于晶閘管自身的局限，晶閘管要串聯(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)功功率是有級(jí)可調(diào)。在負(fù)荷波動(dòng)較小時(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。

2、安裝靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)，即TCR+FC方案。冶金工業(yè)負(fù)載通常是軋機(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)(6kV～35kV母線)上。第一套補(bǔ)償裝置(TCR)是相控電抗器，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?？刂葡到y(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)功功率后得到對(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，相控電抗器本身是一個(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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(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)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，所述的低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接在傳動(dòng)系統(tǒng)整流變二次側(cè)低壓母線或配電變壓器二次側(cè)低壓母線上，所述的低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置由并聯(lián)設(shè)置的無(wú)源電力濾波裝置FC和磁飽和可控電抗器MCR組成。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，所述的低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置接在傳動(dòng)系統(tǒng)整流變二次側(cè)低壓母線或配電變壓器二次側(cè)低壓母線上，

所述的低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置包括：

無(wú)源電力濾波裝置FC，連接在整流變壓器二次側(cè)上用于吸收諧波和無(wú)功補(bǔ)償；

磁飽和可控電抗器MCR，連接在整流變壓器二次側(cè)用于快速吸收無(wú)功功率；

控制系統(tǒng)，用于對(duì)整流變壓器一次側(cè)電壓互感器和電流互感器的電壓、電流信號(hào)，以及整流變壓器二次側(cè)電壓互感器和磁飽和可控電抗器MCR裝置回路內(nèi)電流互感器的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采樣，并進(jìn)行計(jì)算和比較后輸出控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)脈沖的角度，改變低壓側(cè)磁飽和可控電抗器吸收的感性無(wú)功。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比其優(yōu)點(diǎn)效果如下：

1、由于整流變壓器二次側(cè)或直接配電低壓母線上安裝了無(wú)源電力濾波裝置(FC)，可以使負(fù)荷所需的感性無(wú)功功率在整流變二次側(cè)就地補(bǔ)償，即負(fù)荷所需的感性無(wú)功功率不通過(guò)(或絕大部分不通過(guò))整流變，從而提高整流變的出力。同時(shí)，可以使高次諧波就地吸收，傳動(dòng)裝置中的電力電子器件等非線性負(fù)荷工作時(shí)產(chǎn)生的大量諧波電流就不需要通過(guò)整流變壓器，因?yàn)镸CR+FC型低壓動(dòng)補(bǔ)裝置中的濾波器已經(jīng)在整流變二次側(cè)提供了高次諧波電流的通道，從而減少了整流變壓器的諧波損耗，降低整流變壓器的電磁振動(dòng)和噪聲。換言之，低壓動(dòng)補(bǔ)大大減輕了整流變的負(fù)擔(dān)，可以延長(zhǎng)整流變的使用壽命。

2、MCR安裝在整流變壓器的低壓側(cè)或直接配電低壓母線上，工作電壓低，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，大大地節(jié)約了投資成本。

3、低壓SVC裝置可以按照負(fù)荷的無(wú)功變化快速調(diào)節(jié)磁飽和可控電抗器的感性無(wú)功輸出，來(lái)抑制整流變二次側(cè)或直接配電低壓母線上的電壓波動(dòng)，從而穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)的出力。低壓動(dòng)補(bǔ)在解決了整流變二次側(cè)或直接配電低壓母線上電壓波動(dòng)問(wèn)題的同時(shí)，也一并解決了高壓母線的電壓波動(dòng)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置原理單線圖；

圖2為本實(shí)用新型低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置用于軋鋼機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)整流變二次側(cè)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)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明：

圖1所示，為本實(shí)用新型低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置包括無(wú)源電力濾波裝置FC、磁飽和可控電抗器MCR，其中無(wú)源電力濾波裝置FC和磁飽和可控電抗器MCR分別接在整流變壓器二次側(cè)。

圖2給出了本實(shí)用新型低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置用于軋鋼機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)整流變二次側(cè)無(wú)功功率補(bǔ)償和諧波濾波的實(shí)施例，該裝置包括一套接在傳動(dòng)系統(tǒng)整流變二次側(cè)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)，一套接在傳動(dòng)系統(tǒng)整流變二次側(cè)用于快速吸收無(wú)功功率的磁飽和可控電抗器(MCR)，以及一套控制系統(tǒng)3?？刂葡到y(tǒng)集無(wú)功信號(hào)采集、運(yùn)算、調(diào)節(jié)，以及晶閘管脈沖觸發(fā)和系統(tǒng)保護(hù)等功能于一體。無(wú)源電力濾波裝置(FC)固定接入低壓母線，其產(chǎn)生的容性無(wú)功相對(duì)不變。當(dāng)負(fù)載4無(wú)功功率發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)3采樣整流變ZB一次側(cè)PT和CT的電壓、電流信號(hào)，以及整流變ZB二次側(cè)PT和MCR裝置回路內(nèi)CT的電壓、電流信號(hào)，來(lái)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)，調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)脈沖的角度，改變低壓側(cè)磁飽和可控電抗器(MCR)吸收的感性無(wú)功。從而實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型所述的快速動(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。

本實(shí)用新型的低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置是這樣實(shí)施的：

接在傳動(dòng)系統(tǒng)整流變二次側(cè)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)是根據(jù)負(fù)載所產(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。傳動(dòng)系統(tǒng)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)FC分為H5、H7和H11等濾波支路。無(wú)功功率補(bǔ)償容量是按照低壓母線上計(jì)算負(fù)荷并充分考慮到諧波補(bǔ)償容量而確定的。

在整流變壓器的二次側(cè)接入磁飽和可控電抗器(MCR)，可以快速動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率。其控制角α在0°和180°之間變化，控制系統(tǒng)通過(guò)采集整流變一次側(cè)PT和CT的電壓、電流信號(hào)，計(jì)算該整流變總的無(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Q_C時(shí))，此時(shí)軋鋼機(jī)空載，控制系統(tǒng)3發(fā)出指令，減小觸發(fā)角α(0°≤α≤180°)來(lái)控制MCR裝置增大吸收感性無(wú)功功率，與濾波裝置固定的容性無(wú)功相平衡。當(dāng)檢測(cè)到總的無(wú)功功率為感性無(wú)功時(shí)，此時(shí)軋鋼機(jī)工作，控制系統(tǒng)3發(fā)出指令，增大觸發(fā)角α(0°≤α≤180°)來(lái)控制MCR裝置減小吸收感性無(wú)功功率，使濾波裝置固定的容性無(wú)功用來(lái)補(bǔ)償負(fù)荷所需要的感性無(wú)功，抑制電壓波動(dòng)，最終使功率因數(shù)達(dá)到0.95以上。

因此，本實(shí)用新型低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置和現(xiàn)有技術(shù)相比，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，而且投資省，特別適合于軋制金屬材料工廠的主軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和礦山豎井卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)或具有類(lèi)似負(fù)荷性質(zhì)的傳動(dòng)系統(tǒng)直接配電低壓母線上用于快速無(wú)功功率補(bǔ)償、抑制電壓波動(dòng)、進(jìn)行諧波濾波和提高功率因數(shù)。