專利名稱：一種無(wú)功補(bǔ)償與電力濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)功功率補(bǔ)償及電力諧波抑制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)功補(bǔ)償與電力濾波裝置。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外在低壓配電系統(tǒng)大量應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償、電力濾波柜，這些補(bǔ)償柜的生產(chǎn)廠家包括國(guó)外ABB公司、諾基亞公司、以色列ELSPEC公司以及國(guó)內(nèi)一些電氣設(shè)備公司。它們存在以下兩個(gè)問(wèn)題其一補(bǔ)償柜中的濾波電感都采用帶有氣隙的鐵心電感器，存在較嚴(yán)重的振動(dòng)、噪聲，且三相電感不對(duì)稱。另外由于鐵磁材料的非線性，電感器的電感值不是常數(shù)，其電感值隨電壓的波動(dòng)，諧波電流的變化而變化，從而使得各單調(diào)諧支路的基波電流、諧波電流不穩(wěn)定，甚至產(chǎn)生新的諧波電流，引起諧波電流放大，甚至誘發(fā)并聯(lián)諧振。為了解決這些問(wèn)題，這些生產(chǎn)廠家都只是對(duì)鐵心電感器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)將磁密、電密盡量取得低一些，以使得其電感值盡可能接近常數(shù)；鐵心選用較好的硅鋼片；在工藝上將氣隙板粘牢、將器身壓緊，以降低振動(dòng)、噪聲。但這些措施仍然不能解決電流不穩(wěn)定、諧波電流放大、振動(dòng)、噪聲等問(wèn)題。
其二這些補(bǔ)償柜都是由多條單調(diào)諧濾波支路并聯(lián)而成，所有這些支路再與負(fù)載并聯(lián)運(yùn)行，由于配電網(wǎng)系統(tǒng)的內(nèi)阻抗很小，負(fù)載諧波電流中還有很大一部分竄入了配電網(wǎng)系統(tǒng)，因此對(duì)于大部分工況濾波效果都不太好。嚴(yán)重的情況下系統(tǒng)的內(nèi)阻抗可能與單調(diào)諧支路發(fā)生串聯(lián)諧振。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種無(wú)功補(bǔ)償與電力濾波裝置，該裝置運(yùn)行時(shí)，各支路基波、諧波電流穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生新的諧波電流，更不會(huì)產(chǎn)生非設(shè)定的諧振，具有更好的無(wú)功補(bǔ)償和濾波效果。
本發(fā)明提供的一種無(wú)功補(bǔ)償與電力濾波裝置，其特征在于該裝置包括安裝于柜體內(nèi)的N個(gè)補(bǔ)償單元，N為大于等于1的正整數(shù)；所述補(bǔ)償單元由與負(fù)載并聯(lián)的單調(diào)諧支路構(gòu)成，各補(bǔ)償單元內(nèi)單調(diào)諧支路的數(shù)目相等或不等，各補(bǔ)償單元內(nèi)至少有一條單調(diào)諧支路的諧振頻率的次數(shù)小于11，單調(diào)諧支路由空心濾波電感、電容器和雙向晶閘管三者串聯(lián)而成。
上述裝置還可以包括電感單元，該電感單元為串聯(lián)在電網(wǎng)與負(fù)載之間的母線上的空心電感。
在本發(fā)明中，位于柜體內(nèi)的補(bǔ)償單元中各單調(diào)諧支路中的濾波電感均為空心電感，其電感值為常數(shù)，使得各支路基波、諧波電流穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生新的諧波電流，更不會(huì)產(chǎn)生非設(shè)定的諧振。各單調(diào)諧支路對(duì)基波電流呈容性，補(bǔ)償感性無(wú)功功率，根據(jù)負(fù)載容量對(duì)無(wú)功功率的需求，閘管投切控制器可決定由雙向晶閘管投入支路數(shù)的多少。
在本發(fā)明的優(yōu)化方案中，所使用的串聯(lián)電感Lc也為空心電感，它對(duì)諧波電流呈較大的電抗，某幾條單調(diào)諧支路對(duì)某次諧波電流呈較小的阻抗，從而使諧波電流較少地竄入電網(wǎng)，起到了抑制諧波電流的作用。


圖1為帶一個(gè)并聯(lián)補(bǔ)償單元的本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為帶N個(gè)并聯(lián)補(bǔ)償單元本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為帶有串聯(lián)電感的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5單相本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明裝置由補(bǔ)償單元II構(gòu)成，補(bǔ)償單元II內(nèi)安裝有K條負(fù)載三相端子A、B、C并聯(lián)的單調(diào)諧支路，各單調(diào)諧支路均安裝于柜體G內(nèi)，其中，K為大于1的正整數(shù)。單調(diào)諧支路由空心濾波電感、電容器和雙向晶閘管三者串聯(lián)而成。三相電網(wǎng)ua，ub，uc產(chǎn)生的電流分別通過(guò)電網(wǎng)的漏電感LsA、LsB、LsC，流向產(chǎn)生諧波電流的負(fù)載的三相端子A、B、C。
在任一單調(diào)諧支路Pi中，空心濾波電感Li，a、Li，b、Li，c三者的電感值等參數(shù)相等，其中i＝1、2、……、K；并聯(lián)電容器Ci，a、Ci，b、Ci，c三者的電容值等參數(shù)相等；三相支路中用于投切的雙向晶閘管參數(shù)相等。并聯(lián)電容器Ci，a、Ci，b、Ci，c三者聯(lián)接成三角形(或者聯(lián)接成星形)的對(duì)稱三相電容負(fù)載，該電容負(fù)載的三個(gè)頂點(diǎn)分別與空心濾波電感Li，a、Li，b、Li，c串聯(lián)，再分別與該相支路中用于投切的雙向晶閘管串聯(lián)后，聯(lián)接到負(fù)載的三相端子A、B、C上?？招臑V波電感Li，a、Li，b、Li，c與并聯(lián)電容器Ci，a、Ci，b、Ci，c構(gòu)成對(duì)第ni次諧波電流諧振的三相單調(diào)諧濾波支路，用雙向晶閘管投切。
不同的單調(diào)諧支路P1、P2、……、PK之間各濾波電感、電容、雙向晶閘管的參數(shù)可以全部相等、部分相等或不等。例如在補(bǔ)償單元II中設(shè)置5種不同的單調(diào)諧支路K1條相同的單調(diào)諧支路都對(duì)第n1次諧波電流諧振；K2條相同的單調(diào)諧支路都對(duì)第n2次諧波電流諧振；K3條相同的單調(diào)諧支路都對(duì)第n3次諧波電流諧振；K4條相同的單調(diào)諧支路都對(duì)第n4次諧波電流諧振；K5條相同的單調(diào)諧支路都對(duì)第n5次諧波電流諧振；而總的單調(diào)諧支路數(shù)K1+K2+K3+K4+K5＝K。單調(diào)諧支路P1、P2、……、Pk中至少有一條單調(diào)諧支路的諧振頻率的次數(shù)小于11，以起到對(duì)主要的電力諧波的濾波與補(bǔ)償作用。
單調(diào)諧支路數(shù)K以及各種不同的單調(diào)諧支路的支路數(shù)的分配可根據(jù)負(fù)載電流的大小及其諧波特性通過(guò)仿真計(jì)算來(lái)確定。柜體G可用金屬板件制作，甚至可用鐵板制作，但要切斷在水平方向的導(dǎo)電回路。
由于補(bǔ)償單元II中的濾波電感Li，a、Li，b、Li，c均為空心電感，其電感值為常數(shù)，使得各支路基波、諧波電流穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生新的諧波電流，更不會(huì)產(chǎn)生非設(shè)定的諧振。在補(bǔ)償電流對(duì)稱的情況下，三相空心電感Li，A，Li，B，Li，C在補(bǔ)償單元II中產(chǎn)生的合成磁通近似為零，因此在K條單調(diào)諧支路中，3K個(gè)空心電感在補(bǔ)償柜中產(chǎn)生的合成磁通近似為零。當(dāng)三相補(bǔ)償電流不對(duì)稱時(shí)，雖然合成磁通不為零，但由于金屬柜體(尤其是鐵板制作的柜體)在水平方向的閉合導(dǎo)電回路被切斷，該合成磁通在金屬柜體中也不產(chǎn)生的短路電流。
當(dāng)負(fù)載工作時(shí)，它除了產(chǎn)生基波電流外，還要產(chǎn)生諧波電流。諧波電流中的主要部分在流向電網(wǎng)ua，ub，uc時(shí)，遇到電網(wǎng)的漏電感LsA、LsB、LsC產(chǎn)生的電抗的阻塞，而流向并聯(lián)的各單調(diào)諧支路，第ni次諧波電流在某幾條單調(diào)諧支路中遇到較小的阻抗而流通，從而起到了抑制諧波電流的作用。各單調(diào)諧支路對(duì)基波電流呈容性，可以補(bǔ)償感性無(wú)功功率，根據(jù)負(fù)載容量適時(shí)對(duì)無(wú)功功率的需求，晶閘管投切控制器可瞬間決定由雙向晶閘管投入支路數(shù)的多少。此種控制器有專業(yè)廠家生產(chǎn)，例如ABB；上海人民電器廠等。
當(dāng)需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流較大時(shí)，該裝置可以采用N(N≥1)個(gè)補(bǔ)償單元，N個(gè)補(bǔ)償單元中的單調(diào)諧濾波支路均與負(fù)載并聯(lián)。N個(gè)補(bǔ)償單元內(nèi)的單調(diào)諧支路數(shù)可以相同、部分相同或不同。補(bǔ)償單元數(shù)N、各補(bǔ)償單元內(nèi)的單調(diào)諧濾波支路數(shù)根據(jù)負(fù)載電流的大小及其諧波特性用仿真計(jì)算來(lái)確定的。
當(dāng)負(fù)載的諧波電流較大而電網(wǎng)的漏電感LsA、LsB、LsC較小時(shí)，負(fù)載的諧波電流仍然會(huì)有相當(dāng)一部分竄入了電力系統(tǒng)。為了獲得更好的濾波效果，本發(fā)明裝置還可以在電網(wǎng)與負(fù)載III之間的母線上串聯(lián)電感單元I，如圖3所示，電感單元I由三相空心串聯(lián)電感Lc，A、Lc，BLc，C構(gòu)成，且Lc，A＝Lc，B＝Lc，C。空心串聯(lián)電感Lc，A可以設(shè)計(jì)得比電網(wǎng)的漏電感LsA大得多。三相電網(wǎng)ua，ub，uc產(chǎn)生的電流分別通過(guò)電網(wǎng)的漏電感LsA、LsB、LsC，再分別通過(guò)電感單元I中的串聯(lián)電感Lc，A、Lc，BLc，C，流向產(chǎn)生諧波電流的負(fù)載的三相端子A、B、C。單元II內(nèi)的所有單調(diào)諧支路都并聯(lián)在負(fù)載三相端子A、B、C上。
當(dāng)負(fù)載接入電網(wǎng)時(shí)，它產(chǎn)生諧波電流主要部分在流向電網(wǎng)ua，ub，uc時(shí)，遇到串聯(lián)電感Lc，A、Lc，BLc，C、電網(wǎng)的漏電感LsA、LsB、LsC共同產(chǎn)生的較大電抗的阻塞，而流向并聯(lián)的各單調(diào)諧支路，第ni次諧波電流在某幾條單調(diào)諧支路中遇到較小的阻抗而流通，從而起到了更好的抑制諧波電流的作用。其無(wú)功補(bǔ)償作用與不串接電感單元I是相同的。如果Lc，A+LsA＝kiLsA，采用串聯(lián)電感的補(bǔ)償系統(tǒng)竄入電力系統(tǒng)的諧波電流約等于不采用串聯(lián)電感的1/ki。例如ki＝2，采用串聯(lián)電感的諧波電流約等于不采用串聯(lián)電感的1/2，而串聯(lián)電感后對(duì)于負(fù)載端三相端子A、B、C上電壓沒(méi)有降低；當(dāng)晶閘管投切控制器控制投入一定數(shù)量的單調(diào)諧支路，使得三相端子A、B、C功率因數(shù)約等于1時(shí)，僅管串入了串聯(lián)電感，其功率因數(shù)仍約等于1。
圖4列舉了一種實(shí)例，該裝置包括電感單元I和補(bǔ)償單元II。電感單元I由串聯(lián)在電網(wǎng)與負(fù)載III之間的母線上的三相空心電感Lc，A、Lc，BLc，C構(gòu)成。三相電網(wǎng)ua，ub，uc產(chǎn)生的電流分別通過(guò)電網(wǎng)的漏電感Lsa、Lsb、Lsc，再分別通過(guò)串聯(lián)電感Lc，A、Lc，BLc，C，向產(chǎn)生諧波電流的負(fù)載供電，補(bǔ)償單元II中4條單調(diào)諧濾波支路與負(fù)載并聯(lián)。
單調(diào)諧支路P1中的空心濾波電感L1，a、L1，b、L1，c與并聯(lián)電容器C1，a、C1，b、C1，c構(gòu)成對(duì)第3次諧波電流諧振的三相單調(diào)諧濾波支路，由雙向晶閘管投切；單調(diào)諧支路P2中的空心濾波電感L2，a、L2，b、L2，c與并聯(lián)電容器C2，a、C2，b、C2，c構(gòu)成對(duì)第5次諧波電流諧振的三相單調(diào)諧濾波支路，由雙向晶閘管投切；單調(diào)諧支路P3中的空心濾波電感L3，a、L3，b、L3，c與并聯(lián)電容器C3，a、C3，b、C3，c構(gòu)成對(duì)第7次諧波電流諧振的三相單調(diào)諧濾波支路，由雙向晶閘管投切；單調(diào)諧支路P4中的空心濾波電感L4，a、L4，b、L4，c主要起限制涌流的作用由雙向晶閘管投切。在此實(shí)例中，取并聯(lián)電容器C1，a＝C1，b＝C1，c＝C2，a＝C2，b＝C2，c＝C3，a＝C3，b＝C3，c＝C4，a＝C4，b＝C4，c＝230.98uF。空心濾波電感L1，a＝L1，b＝L1，c＝1.64mH；L2，a＝L2，b＝L2，c＝0.591mH；L3，a＝L3，b＝L3，c＝0.302mH；L4，a＝L4，b＝L4，c＝0.148mH。空心串聯(lián)電感Lc，A，A＝Lc，B＝Lc，C＝25UH.
本發(fā)明技術(shù)還可以適用于單相負(fù)載工況，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5。雖然單相空心電感Li在補(bǔ)償單元II中產(chǎn)生的合成磁通不為零，因此在K條單調(diào)諧支路中，K個(gè)空心電感在補(bǔ)償柜中產(chǎn)生的合成磁通不為零。但由于金屬柜體(尤其是鐵板制作的柜體)在水平方向的閉合導(dǎo)電回路被切斷，該合成磁通在金屬柜體中也不產(chǎn)生的短路電流。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)功補(bǔ)償與電力濾波裝置，其特征在于該裝置包括安裝于柜體內(nèi)的N個(gè)補(bǔ)償單元，N為大于等于1的正整數(shù)；所述補(bǔ)償單元由與負(fù)載并聯(lián)的單調(diào)諧支路構(gòu)成，各補(bǔ)償單元內(nèi)單調(diào)諧支路的數(shù)目相等或不等，各補(bǔ)償單元內(nèi)至少有一條單調(diào)諧支路的諧振頻率的次數(shù)小于11，單調(diào)諧支路由空心濾波電感、電容器和雙向晶閘管三者串聯(lián)而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于該裝置還包括電感單元，該電感單元為串聯(lián)在電網(wǎng)與負(fù)載之間的母線上的空心電感。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)功補(bǔ)償與電力濾波裝置，包括安裝于柜體內(nèi)的N個(gè)補(bǔ)償單元，所述補(bǔ)償單元由與負(fù)載并聯(lián)的單調(diào)諧支路構(gòu)成，各補(bǔ)償單元內(nèi)單調(diào)諧支路的數(shù)目相等或不等，單調(diào)諧支路由空心濾波電感、電容器和雙向晶閘管三者串聯(lián)而成。上述裝置還包括串聯(lián)在電網(wǎng)與負(fù)載之間的母線上的空心電感單元。在本發(fā)明中，位于柜體內(nèi)的補(bǔ)償單元中各單調(diào)諧支路中的濾波電感均為空心電感，使得各支路基波、諧波電流穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生新的諧波電流，更不會(huì)產(chǎn)生非設(shè)定的諧振。各單調(diào)諧支路對(duì)基波電流呈容性，補(bǔ)償感性無(wú)功功率。所使用的串聯(lián)電感Lc也為空心電感，它對(duì)諧波電流呈較大的電抗，起到了抑制諧波電流的作用。
文檔編號(hào)H02J3/01GK1996700SQ20061012523
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者陳喬夫 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)