專利名稱：冶煉變壓器的二次側(cè)連接新型無功功率發(fā)生器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償和諧波消除，特別是在冶煉變壓器的二次側(cè)連接新型無功功率發(fā)生器的方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)為了確保供用電的電能質(zhì)量，降低通過電網(wǎng)傳遞的無功功率和諧波電流，一般在冶煉變壓器的一次側(cè)即輸電系統(tǒng)加裝無功功率補(bǔ)償和諧波消除，該技術(shù)是目前比較成熟的技術(shù)和常用技術(shù)，但采用一次側(cè)裝置進(jìn)行補(bǔ)償，存在沒有使無功功率以及諧波電流在最短路經(jīng)上流轉(zhuǎn)，不能達(dá)到就地補(bǔ)償?shù)哪康?，提高產(chǎn)量和降低能耗的效果很有限。由于冶煉變壓器二次側(cè)以及二次側(cè)的線路是無功功率和諧波產(chǎn)生的根源，無功功率和諧波要通過變壓器二次側(cè)以及二次側(cè)的線路與安裝在一次側(cè)的無功補(bǔ)償裝置發(fā)生能量交換，存在交換路徑長，不能做到動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償和就地補(bǔ)償?shù)娜毕荨?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理、降低變壓器和變壓器二次側(cè)配電線路的無功功率和諧波的冶煉變壓器二次側(cè)連接新型無功功率發(fā)生器的方法。
本發(fā)明的第二發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理、降低變壓器和變壓器二次側(cè)配電線路的無功功率和諧波的三相四線制冶煉變壓器二次側(cè)連接新型無功功率發(fā)生器的方法。
本發(fā)明的第三發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理、降低變壓器和變壓器二次側(cè)配電線路的無功功率和諧波的三相三線制單相制冶煉變壓器二次側(cè)連接新型無功功率發(fā)生器的方法。
本發(fā)明的第四發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理、降低變壓器和變壓器二次側(cè)配電線路的無功功率和諧波的三相三線制交流冶煉變壓器二次側(cè)用積木式的并聯(lián)組合同時(shí)連接兩臺(tái)或兩臺(tái)以上新型無功功率發(fā)生器的方法。
實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的的技術(shù)方案是這樣解決的方案一，包括冶煉變壓器和新型無功功率發(fā)生器，其突出進(jìn)步在于在冶煉變壓器的二次側(cè)主回路上并聯(lián)連接了新型無功功率發(fā)生器。
方案二，包括冶煉變壓器和新型無功功率發(fā)生器，其突出進(jìn)步在于冶煉變壓器二次側(cè)三相主回路繞組的首端和末端調(diào)相后形成的三相四線制回路上并聯(lián)連接了新型無功功率發(fā)生器。
方案三，包括冶煉變壓器和新型無功功率發(fā)生器，其突出進(jìn)步在于冶煉變壓器二次側(cè)三相主回路繞組的首端和末端不調(diào)相形成的主回路相和依次分別并聯(lián)連接了兩套新型無功功率發(fā)生器；或冶煉變壓器二次側(cè)三相主回路繞組的首端和末端不調(diào)相形成的主回路單相上依次分別并聯(lián)連接了單相新型無功功率發(fā)生器。
方案四，包括冶煉變壓器和新型無功功率發(fā)生器，其突出進(jìn)步在于在冶煉變壓器的二次側(cè)繞組三相的主回路三相二次繞組首端和三相二次繞組末端上依次分別用積木式的并聯(lián)組合連接同一型號(hào)至少兩臺(tái)或兩臺(tái)以上新型無功功率發(fā)生器，或兩臺(tái)以上不同型號(hào)積木式的并聯(lián)組合連接新型無功功率發(fā)生器。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具體特點(diǎn)如下1.具有自適應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng)。
2.可同時(shí)對(duì)諧波和無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償無功功率時(shí)不需要儲(chǔ)能元件，補(bǔ)償諧波時(shí)所需儲(chǔ)能元件的容量不大，且補(bǔ)償無功功率的大小可以做到連續(xù)調(diào)節(jié)。
3.受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振；且可以跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響。
4、由于補(bǔ)償系統(tǒng)為變壓器的二次側(cè)，容量有大有小，電壓有高有低，所以本裝置使用積木式結(jié)構(gòu)，即小容量成套裝置依據(jù)變壓器二次側(cè)無功功率狀態(tài)和諧波的大小再進(jìn)行串并聯(lián)，達(dá)到電壓和電流滿足變壓器二次側(cè)要求，達(dá)到無功功率和諧波在最短路經(jīng)上流轉(zhuǎn)以及實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)哪康?。針?duì)于變壓器普遍的三相四線制結(jié)構(gòu)。利用該結(jié)構(gòu)可以消除零序分量的諧波電流，實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱控制。裝置的主電路采用三相全橋逆變器結(jié)構(gòu)，直流側(cè)為電容器。
5、快速吞吐無功該裝置可以快速無級(jí)差地連續(xù)吸收或者釋放無功功率，動(dòng)作時(shí)間為幾十毫秒，使得電網(wǎng)功率因數(shù)為1。傳統(tǒng)的電容器組投切裝置由于受到放電時(shí)間的限制，不能有效的補(bǔ)償快速變化的無功功率，而且電容器都是分組投切，因此它的補(bǔ)償精度受到級(jí)差的限制，補(bǔ)償效果不好。另外電容器只能釋放無功，不能吸納無功，因此在容性負(fù)荷場合不能達(dá)到減少電流、降低線損的目的，增加有功功率15％，降低消耗7％。
6、補(bǔ)償電流諧波該裝置可以補(bǔ)償2--31次電流諧波，使得電源潔凈，提高用戶的電能質(zhì)量。由于采用了瞬時(shí)電流檢測理論，可以有效地檢測并分離出需要補(bǔ)償?shù)碾娏髦C波，這樣就可以及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)電流諧波補(bǔ)償。
7、抑制電壓閃變電網(wǎng)電壓在遇到大負(fù)荷開?；蛘哂龅焦收锨闆r時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫的電壓閃變，即電網(wǎng)電壓會(huì)突然跌落，持續(xù)時(shí)間很短，只有幾十到幾百個(gè)毫秒。人眼很難觀察到這個(gè)閃變對(duì)用電帶來的影響，但是有些精密加工企業(yè)的精密設(shè)備卻不能忍受這種電壓閃變，每次電壓閃變都可能導(dǎo)致生產(chǎn)出廢品，甚至使得某些機(jī)器出現(xiàn)重新啟動(dòng)的現(xiàn)象。該裝置動(dòng)作時(shí)間為幾十個(gè)毫秒，因此可以有效地抑制電網(wǎng)電壓的閃變。
8、響應(yīng)時(shí)間快自動(dòng)投切電容器組裝置的響應(yīng)時(shí)間需要幾秒鐘，這是受電容器放電時(shí)間所限制。國標(biāo)規(guī)定電力電容器放電時(shí)間為3秒鐘，如果放電時(shí)間太少，則電容器的剩余電荷不能放電干凈，如再次投入可能會(huì)導(dǎo)致電容器發(fā)生過壓擊穿現(xiàn)象。
9、不會(huì)引起諧振短路雖然該裝置仍然采用并聯(lián)型結(jié)構(gòu)，但是它與電網(wǎng)之間有連接電抗器，因此不會(huì)出現(xiàn)并聯(lián)諧振現(xiàn)象。
10、精準(zhǔn)電壓控制該裝置除了可以按照功率因數(shù)或者無功功率控制之外，還可以按照電壓幅值來控制，確保用戶獲得的電壓的平穩(wěn)性，降低電壓紋波。
本裝置適用于電力行業(yè)、冶金行業(yè)、化工行業(yè)、國防等單位在變壓器二次側(cè)作為無功功率和諧波在最短路經(jīng)上流轉(zhuǎn)以及實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｓ休^好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。


圖1為本發(fā)明三相三線制主回路電路連接圖；圖2為本發(fā)明三相四線制主回路電路連接圖；圖3為本發(fā)明的主回路用同一型號(hào)兩臺(tái)新型無功功率發(fā)生器電路連接圖；圖4為本發(fā)明用積木式的并聯(lián)組合同時(shí)連接兩臺(tái)或兩臺(tái)以上新型無功功率發(fā)生器的連接圖；圖5為本發(fā)明的主回路二次側(cè)連接的新型無功功率發(fā)生器電路連接框圖；圖6為本發(fā)明的主回路二次側(cè)并聯(lián)連接的三相橋式電壓逆變器結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明的主回路A相補(bǔ)償后的仿真波形效果圖；圖8為三相橋式電壓逆變器IGBT功率器件構(gòu)造圖；圖9為三相橋式電壓逆變器GTO功率器件構(gòu)造圖。
具體實(shí)施例方式
附圖為本發(fā)明的具體實(shí)施例下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明實(shí)施例1參照?qǐng)D1所示，包括冶煉變壓器1和新型無功功率發(fā)生器2，在冶煉變壓器1的二次側(cè)主回路上并聯(lián)連接了新型無功功率發(fā)生器2。
冶煉變壓器二次側(cè)主回路a相與c相繞組首端并聯(lián)調(diào)相連接于無功功率發(fā)生器的II相，主回路b相繞組首端與三相二次繞組末端x并聯(lián)調(diào)相連接于新型無功功率發(fā)生器的I相，三相二次繞組末端y與z并聯(lián)調(diào)相連接于新型無功功率發(fā)生器的III相。
實(shí)施例2圖2所示，包括冶煉變壓器1和新型無功功率發(fā)生器2，冶煉變壓器1二次側(cè)三相主回路繞組的首端和末端調(diào)相后形成的三相四線制回路上并聯(lián)連接了新型無功功率發(fā)生器2。
主回路a、b、c相依次分別連接于新型無功功率發(fā)生器的I、II、III相，其中三相四線制的二次繞組末端x、y、z并聯(lián)接入新型無功功率發(fā)生器2的零線N上。
實(shí)施例3圖3所示，包括冶煉變壓器1和新型無功功率發(fā)生器2，冶煉變壓器1二次側(cè)三相主回路繞組的首端和末端不調(diào)相形成的主回路a、b、c相和x、y、z依次分別并聯(lián)連接了兩套新型無功功率發(fā)生器2；或冶煉變壓器1二次側(cè)三相主回路繞組的首端和末端不調(diào)相形成的主回路a-x、b-y、c-z單相上依次分別并聯(lián)連接了單相新型無功功率發(fā)生器2。
包括交流冶煉變壓器1和新型無功功率發(fā)生器2，在冶煉變壓器1的二次側(cè)繞組三相的主回路a、b、c三相二次繞組首端和三相二次繞組末端x、y、z上依次分別并聯(lián)連接同一型號(hào)兩臺(tái)新型無功功率發(fā)生器2、3。
或所說的在冶煉變壓器1的二次側(cè)繞組三相的主回路a、b、c三相二次繞組首端依次連接一個(gè)新型無功率發(fā)生器3，x、y、z三相二次繞組末端依次連接一個(gè)新型無功率發(fā)生器2。
實(shí)施例4圖4所示，包括交流冶煉變壓器1和新型無功功率發(fā)生器2，在冶煉變壓器1的二次側(cè)繞組三相的主回路a、b、c三相二次繞組首端和三相二次繞組末端x、y、z上依次分別用積木式的并聯(lián)組合連接同一型號(hào)至少兩臺(tái)或兩臺(tái)以上新型無功功率發(fā)生器2，或兩臺(tái)以上不同型號(hào)積木式的并聯(lián)組合連接新型無功功率發(fā)生器2、3。
圖5所示，三相橋式逆變器4并聯(lián)連結(jié)在冶煉變壓器二次側(cè)，通過ASVG控制器5檢測變壓器的無功功率和諧波電流并依據(jù)內(nèi)置的控制程序控制直流電容6，使三相橋式逆變器4輸出的電壓以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率和諧波電流；同時(shí)ASVG控制器5控制脈沖發(fā)生器11，通過脈沖分配與保護(hù)器9向全控型晶閘管門極驅(qū)動(dòng)器8提供導(dǎo)通信號(hào)控制三相橋式逆變器4的輸出；監(jiān)測與故障診斷10提供保護(hù)和正常運(yùn)行的電參數(shù)檢測；啟動(dòng)整流器7為直流電容6提供持續(xù)的電源。
圖6所示，包括直流冶煉變壓器或交流冶煉變壓器，在變壓器二次側(cè)三相三線制主回路a、b、c相同時(shí)并聯(lián)連接兩臺(tái)三相橋式電壓逆變器4和直流電容6。
圖7所示，是容量為150KVar、運(yùn)行電壓10000V的變壓器二次側(cè)新型無功功率發(fā)生器在型號(hào)為S7-35/10容量為5000KVA的配電變壓器二次側(cè)運(yùn)行的測試效果圖。(a)整流負(fù)載電流、(b)補(bǔ)償后系統(tǒng)電流、電壓、(c)ASVG輸出電流，從圖7可以看出，經(jīng)過補(bǔ)償后電流諧波大大減小，并且電流波形和電壓波形在相位上完全一致，達(dá)到了提高功率因數(shù)、補(bǔ)償諧波的效果。
圖8所示，三相橋式電壓逆變器4由IGBT功率器件構(gòu)成，其三相橋式電壓逆變器4至少由6個(gè)大功率可控開關(guān)半導(dǎo)體器件(如IGBT、IGCT、IGET等)和6個(gè)保護(hù)二極管組成，每一個(gè)保護(hù)二極管并聯(lián)連接在大功率可控開關(guān)半導(dǎo)體器件的兩極上，并在逆變器4的直流側(cè)并聯(lián)連接了1個(gè)電容器。
圖9所示，包括冶煉變壓器1，在變壓器二次側(cè)三相的主回路a、b、c三相二次繞組首端和x、y、z三相二次繞組末端分別并聯(lián)連接三相橋式電壓逆變器，三相橋式電壓逆變器4由6個(gè)大功率可控開關(guān)半導(dǎo)體器件(如GTO或IGBT、IGCT、IGET等)和6個(gè)保護(hù)二極管組成，每一個(gè)保護(hù)二極管并聯(lián)連接在大功率可控開關(guān)半導(dǎo)體器件的兩極上，并在逆變器4的直流側(cè)并聯(lián)連接了1個(gè)電容器。
以上技術(shù)方案中，均由新型無功功率發(fā)生器2、3的控制和驅(qū)動(dòng)裝置連接在三相橋式電壓逆變器4上，以實(shí)現(xiàn)控制、檢測、保護(hù)的目的。通過“ASVG控制器5”檢測變壓器的無功功率和諧波電流并依據(jù)內(nèi)置的控制程序控制并聯(lián)連接在逆變器4的直流側(cè)，“直流電容6”的大小使“三相橋式逆變器4”輸出系統(tǒng)需要的電壓，以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率和諧波電流；直流電容6與起動(dòng)整流器7連接，同時(shí)“ASVG控制器5”控制“脈沖發(fā)生器11”，通過“脈沖分配與保護(hù)器9”向“全控型晶閘管門極驅(qū)動(dòng)器8”提供導(dǎo)通信號(hào)控制“三相橋式逆變器4”的輸出；“監(jiān)測與故障診斷10”提供保護(hù)和正常運(yùn)行的電參數(shù)檢測；綜上所述，所謂新型靜止無功發(fā)生器(ASVG)，在本裝置中就是專指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置。ASVG的基本原理就是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式L電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者輸出滿足要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹SVG分為采用電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型，其電路基本結(jié)構(gòu)分別如圖8和圖9所示，圖8為采用電壓型橋式電路，圖9為采用電流型橋式電路，直流側(cè)分別采用的是電容和電感這兩種不同的儲(chǔ)能元件。對(duì)電壓型橋式電路，還需再串聯(lián)上連接電抗器才能并人電網(wǎng)；對(duì)電流型橋式電路，還需在交流側(cè)并聯(lián)上吸收換相產(chǎn)生的過電壓的電容器。
現(xiàn)有技術(shù)中，也有單位將電容無功補(bǔ)償裝置和諧波消除裝置安裝在變壓器的二次側(cè)，能夠達(dá)到就地補(bǔ)償?shù)哪康?，但該技術(shù)由于采用了平均值的監(jiān)控方案，沒有監(jiān)測無功功率以及諧波電流的瞬時(shí)值，不能達(dá)到動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)哪康?，提高產(chǎn)量和降低能耗的效果降低。
權(quán)利要求
1.一種冶煉變壓器二次側(cè)連接新型無功功率發(fā)生器的方法，包括冶煉變壓器(1)和新型無功功率發(fā)生器(2)，其特征在于在冶煉變壓器(1)的二次側(cè)主回路上并聯(lián)連接了新型無功功率發(fā)生器(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶煉變壓器二次側(cè)連接新型無功功率發(fā)生器的方法，其特征在于冶煉變壓器(1)的二次側(cè)三相主回路繞組的首端和末端調(diào)相后形成的三相回路上并聯(lián)連接了新型無功功率發(fā)生器(2)。
3.一種冶煉變壓器二次側(cè)連接新型無功功率發(fā)生器的方法，包括冶煉變壓器(1)和新型無功功率發(fā)生器(2)，其特征在于冶煉變壓器(1)二次側(cè)三相主回路繞組的首端和末端調(diào)相后形成的三相四線制回路上并聯(lián)連接了新型無功功率發(fā)生器(2)
4.一種冶煉變壓器二次側(cè)連接新型無功功率發(fā)生器的方法，包括冶煉變壓器(1)和新型無功功率發(fā)生器(2)，其特征在于冶煉變壓器(1)二次側(cè)三相主回路繞組的首端和末端不調(diào)相形成的主回路(a、b、c)相和(x、y、z)依次分別并聯(lián)連接了兩套新型無功功率發(fā)生器(2)；或冶煉變壓器(1)二次側(cè)三相主回路繞組的首端和末端不調(diào)相形成的主回路(a-x、b-y、c-z)單相上依次分別并聯(lián)連接了單相新型無功功率發(fā)生器(2)。
5.一種冶煉變壓器二次側(cè)連接新型無功功率發(fā)生器的方法，包括冶煉變壓器(1)和新型無功功率發(fā)生器(2)，其特征在于在冶煉變壓器(1)的二次側(cè)主回路二次繞組依次分別用積木式的并聯(lián)組合連接同一型號(hào)至少兩臺(tái)或兩臺(tái)以上新型無功功率發(fā)生器(2)和(3)，或兩臺(tái)以上不同型號(hào)積木式的并聯(lián)組合連接新型無功功率發(fā)生器(2)和(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在冶煉變壓器二次側(cè)連接新型無功功率發(fā)生器的方法。包括變壓器，在交流冶煉變壓器的二次側(cè)的三相三線制或三相四線制主回路三相上并聯(lián)連接一臺(tái)新型無功功率發(fā)生器或三相三線制二次側(cè)繞組三相的主回路a、b、c三相二次繞組首端依次連接一臺(tái)新型無功率發(fā)生器，在x、y、z三相二次繞組末端依次連接一臺(tái)新型無功率發(fā)生器或積木式的并聯(lián)組合多臺(tái)連接新型無功功率發(fā)生器。具有速吞吐無功、補(bǔ)償電流諧波、抑制電壓閃變、響應(yīng)時(shí)間快、不會(huì)引起諧振短路、精準(zhǔn)電壓控制特點(diǎn)，適用于電力行業(yè)、冶金行業(yè)、化工行業(yè)、國防等單位在變壓器二次側(cè)作為無功功率和諧波在最短路經(jīng)上流轉(zhuǎn)以及實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｓ休^好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)H02J3/18GK1564417SQ20041002604
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月14日
發(fā)明者白玉龍, 王昀睿 申請(qǐng)人:西安匯豐電力設(shè)備有限公司