磁控靜止無功補償裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁控靜止無功補償裝置，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的無功補償呈階梯性、精度低，無法同時提供感性和容性無功、開關(guān)動作頻繁等缺點，不能滿足電力系統(tǒng)與用戶的更高要求的問題。該磁控靜止無功補償裝置包括數(shù)字信號處理器，輸出端均與數(shù)字信號處理器相連的電源、電容器組或濾波器組、鍵盤，輸入端均與數(shù)字信號處理器相連的液晶顯示器、可編程邏輯控制器和無功補償單元，與無功補償單元及可編程邏輯控制器均相連的可控并聯(lián)電抗器CSR，輸入端與可控并聯(lián)電抗器CSR相連、輸出端與數(shù)字信號處理器相連的AD采樣電路。通過上述方案，本發(fā)明達(dá)到了性價比較高，符合實際需求的目的，具有很高的實用價值和推廣價值。
【專利說明】磁控靜止無功補償裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種補償裝置，具體地說，是涉及一種磁控靜止無功補償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)的互聯(lián)和遠(yuǎn)距離、大容量輸電已成為電力工業(yè)發(fā)展的重要趨勢。跨區(qū)域 的長距離集中送電的交流輸電通道或交直流并聯(lián)輸電通道越來越多，大事故擾動下電網(wǎng)的 動態(tài)無功支持能力不僅成為互聯(lián)電網(wǎng)送電能力的重要約束，而且能夠影響到聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的電 壓穩(wěn)定水平和電壓安全裕度。如何提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，提升現(xiàn)有電網(wǎng)的輸電能力，最 大限度地發(fā)揮輸電線路是電網(wǎng)發(fā)展面臨的重要問題。
[0003]在配電系統(tǒng)中，大功率沖擊性負(fù)荷和不平衡負(fù)荷的影響也日益嚴(yán)重，造成了系統(tǒng) 電壓波動，影響了其他電氣設(shè)備的正常運行和用電的經(jīng)濟性。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大量的沖擊 性負(fù)荷如電弧爐、軋機、電氣化鐵路等接入電網(wǎng)，這些非線性、不平衡沖擊性負(fù)荷的有功和 無功功率在生產(chǎn)過程中隨機地或周期性地大幅度變動，其波動電流流過供電線路阻抗，通 過公共連接點傳遞到電網(wǎng)其它饋電線路上，造成電壓嚴(yán)重的波動和閃變，給配電系統(tǒng)的電 能質(zhì)量造成了嚴(yán)重污染，危害其他用戶的電氣設(shè)備，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低，單位能耗增加，產(chǎn) 品質(zhì)量下降。
[0004]電網(wǎng)的損耗、電壓及功角穩(wěn)定性與無功功率的快速、有效提供有關(guān)。而在電網(wǎng)建設(shè) 和運行中，長期存在無功補償容量不足和配備不合理的問題，備用容量嚴(yán)重不足，特別是可 調(diào)節(jié)的無功容量不足，能夠快速響應(yīng)無功調(diào)節(jié)的設(shè)備更少。人工手動開關(guān)投切電容是普遍 采用的補償措施，調(diào)節(jié)精度不夠，響應(yīng)速度慢，而且開關(guān)投切電容器容易產(chǎn)生過電壓問題。 輸電系統(tǒng)缺乏及時的無功調(diào)節(jié)，系統(tǒng)振蕩容易擴大，降低了輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。負(fù)荷中心缺 乏快速的無功支撐，容易造成電壓偏低甚至電壓崩潰。無功不足導(dǎo)致電壓降落、電能傳輸損 耗大、線路輸送容量降低和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性下降。缺乏無功調(diào)節(jié)手段造成了母線電壓隨運行方 式的變動很大，導(dǎo)致電網(wǎng)線損增加，電壓合格率不高。
[0005]傳統(tǒng)的無功補償方式主要為固定補償與分組投切。固定補償是根據(jù)無功負(fù)荷進行 人工投退的補償裝置，在無功負(fù)荷高峰期間投入，無功負(fù)荷低谷期間退出，由于補償容量固 定不變，常常出現(xiàn)高峰期間補償不足，低谷期間卻因過補不能投入的情況，補償精度低、效 果差，其優(yōu)點為投資少。分組投切方式根據(jù)無功負(fù)荷工況對補償裝置進行分組，根據(jù)無功負(fù) 荷實時需求進行投退，由于分組合理，可以根據(jù)無功負(fù)荷的大小進行優(yōu)化組合投切電容器， 補償精度高于固定補償裝置。分組投切的無功補償裝置分組越多，補償精度越高，但分組過 多會導(dǎo)致投資過大，也容易造成投切電容器組時涌流過大，縮短設(shè)備的使用壽命。
[0006]傳統(tǒng)的采用接觸器或真空斷路器投切電容器組的方式，在合閘過程中存在彈跳、 重燃及過壓等危險，電容器組合閘時有較大的沖擊電流，主回路分閘后電容器上仍存在較 高的直流電壓，需要一定的放電間隔時間，因而這種補償裝置不能頻繁動作，對負(fù)載波動不 能及時響應(yīng)，易產(chǎn)生過補和欠補，不能達(dá)到和保持最佳的補償效果，對沖擊性負(fù)荷產(chǎn)生的無 功功率不能有效補償，不能解決沖擊性負(fù)荷所帶來的電壓不穩(wěn)定、閃爍變化、系統(tǒng)網(wǎng)損和降低變壓器帶載容量等問題，一般只適合于在無功功率變化不大或緩慢的場合。
[0007]采用接觸器或真空斷路器投切電容器組，在每次投入電容器組時，由于不能選擇 控制開關(guān)觸頭的投入角度，造成較大的合閘涌流，切除時產(chǎn)生過電壓，從而導(dǎo)致開關(guān)觸頭 磨損，電容器使用壽命縮短，嚴(yán)重影響了裝置自身的使用壽命，同時還會給電力系統(tǒng)帶來污 染。
[0008]隨著非線性負(fù)荷、沖擊負(fù)荷的增加和電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大，電力用戶、電力系統(tǒng)對 無功補償、電能質(zhì)量的要求有了顯著的提高，如需要補償容性和感性無功，需要快速連續(xù)調(diào) 節(jié)補償輸出，抑制電壓波動與閃變等等。傳統(tǒng)的無功補償方式在很長一段時間內(nèi)為降低網(wǎng) 損、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓發(fā)揮了重要作用，但因其補償呈階梯性、精度低，無法同時提供感性和容 性無功、開關(guān)動作頻繁等缺點，不能滿足電力系統(tǒng)與用戶的更高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種磁控靜止無功補償裝置，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的 無功補償呈階梯性、精度低，無法同時提供感性和容性無功、開關(guān)動作頻繁等缺點，不能滿 足電力系統(tǒng)與用戶的更高要求的問題。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
磁控靜止無功補償裝置，包括數(shù)字信號處理器，輸出端均與數(shù)字信號處理器相連的電 源、電容器組或濾波器組、鍵盤，輸入端均與數(shù)字信號處理器相連的液晶顯示器、可編程邏 輯控制器和無功補償單元，與無功補償單元及可編程邏輯控制器均相連的可控并聯(lián)電抗器 CSR,輸入端與可控并聯(lián)電抗器CSR相連、輸出端與數(shù)字信號處理器相連的AD米樣電路。
[0011]進一步地，所述無功補償單元和可控并聯(lián)電抗器CSR之間還連接有電流調(diào)節(jié)器和 晶閘管移相觸發(fā)電路，所述電流調(diào)節(jié)器的輸入端與無功補償單元相連、輸出端與晶閘管移 相觸發(fā)電路相連，所述晶閘管移相觸發(fā)電路的輸出端與可控并聯(lián)電抗器CSR相連。
[0012]考慮到實際需求，所述可控并聯(lián)電抗器CSR上集成有外接端口。
[0013]具體地說，所述可控并聯(lián)電抗器CSR包括由端部連通的鐵芯I和鐵芯2構(gòu)成的主 鐵芯，所述鐵芯I和鐵芯2均由結(jié)構(gòu)相同的兩個鐵芯構(gòu)件及連接于兩個鐵芯構(gòu)件間的磁閥 構(gòu)成，所述磁閥的橫截面小于鐵芯構(gòu)件的橫截面；所述鐵芯I的兩個鐵芯構(gòu)件之間連接有 觸發(fā)晶閘管Kl ;所述鐵芯2的兩個鐵芯構(gòu)件之間連接有觸發(fā)晶閘管K2。
[0014]為了提高使用時的安全性，所述鐵芯I和鐵芯2之間連接有續(xù)流二極管D。
[0015]作為優(yōu)選，所述鐵芯I的兩個鐵芯構(gòu)件和磁閥一體式連接；所述鐵芯2的兩個鐵芯 構(gòu)件和磁閥一體式連接。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明以可控并聯(lián)電抗器(Controllable Shunt Reactor) CSR為核心，配合并聯(lián) 電容器組或濾波器組裝置，依據(jù)數(shù)字信號處理器對電網(wǎng)系統(tǒng)的無功功率取樣，自動調(diào)節(jié)可 控電抗器控制回路晶閘管的導(dǎo)通角，利用交直流混合勵磁特性，改變直流勵磁電流幅值，調(diào) 整鐵芯磁飽和度，實現(xiàn)電抗值及輸出容量的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)無功功率快速補償，且可以 有效地提聞功率因數(shù)，降低網(wǎng)損，阻止電網(wǎng)系統(tǒng)振蕩，提聞輸電線傳輸能力，提聞電網(wǎng)的電 壓穩(wěn)定能力，限制系統(tǒng)的工頻電壓升高及操作過電壓，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，十分適用。
[0017](2)本發(fā)明輸出容量連續(xù)可調(diào)、可靠性高、免維護、產(chǎn)生諧波小，可直接接入高壓電網(wǎng)，快速平滑調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功、提高電壓合格率、減少輸電損耗、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)用后可以 極大改善電網(wǎng)的無功潮流和電壓自動控制能力，大幅提高電網(wǎng)的輸電能力，為電網(wǎng)的安全、 穩(wěn)定運行提供堅實的保障，是理想的動態(tài)無功補償和電壓調(diào)節(jié)裝置。
[0018](3)本發(fā)明適用于輸電網(wǎng)或配電網(wǎng)，應(yīng)用于輸電網(wǎng)時可提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、增加 系統(tǒng)阻尼、抑制系統(tǒng)振蕩，減少輸電損耗，維持系統(tǒng)母線電壓穩(wěn)定，提高線路輸送容量；應(yīng)用 于配電網(wǎng)時可對快速變化負(fù)載進行動態(tài)無功補償，提高功率因數(shù)、抑制電壓波動與閃變、降 低負(fù)荷不平衡、濾除諧波，在改善電能質(zhì)量的同時，取得節(jié)能降耗的經(jīng)濟效益，適用范圍較 廣，符合實際需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
[0020]圖2為本發(fā)明中可控并聯(lián)電抗器CSR的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于 下列實施例。
實施例
[0022]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種磁控靜止無功補償裝置，包括數(shù)字信號處理器、電 源、電容器組或濾波器組、鍵盤、液晶顯示器、可編程邏輯控制器、無功補償單元、可控并聯(lián) 電抗器CSR、AD采樣電路、電流調(diào)節(jié)器和晶閘管移相觸發(fā)電路，其中，電源、電容器組或濾波 器組、鍵盤、液晶顯示器、可編程邏輯控制器、無功補償單元和AD采樣電路均與數(shù)字信號處 理器相連，無功補償單元、電流調(diào)節(jié)器、晶閘管移相觸發(fā)電路、可控并聯(lián)電抗器CSR及AD采 樣電路依次相連，且可控并聯(lián)電抗器CSR上集成有外接端口。
[0023]本發(fā)明的核心元件為采用晶閘管控制的可控并聯(lián)電抗器CSR，該可控并聯(lián)電抗器 CSR基于磁閥技術(shù)，利用交直流混合勵磁特性，通過調(diào)節(jié)可控電抗器控制回路晶閘管的導(dǎo)通 角，改變直流勵磁電流的幅值，從而調(diào)整鐵芯磁飽和度，改變等效磁導(dǎo)率，改變繞組的的電 感和電抗，實現(xiàn)輸出容量的連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。且具有響應(yīng)速度快，容量調(diào)節(jié)范圍寬，可以實現(xiàn) 全容量連續(xù)可調(diào)的優(yōu)點，其與電容器組組合可以提供正負(fù)連續(xù)可調(diào)的無功功率，從而精確 控制系統(tǒng)的電壓和無功功率，功率因數(shù)可以保持恒定，經(jīng)驗證，控制精度可以穩(wěn)定地控制在
0.95?1，達(dá)到更好的電壓合格率及最低的網(wǎng)損，真正實現(xiàn)柔性輸電。
[0024]如圖2所示，可控并聯(lián)電抗器CSR繞組兩端接入電網(wǎng)系統(tǒng)時，在電壓的正負(fù)半周分 別觸發(fā)晶閘管K1、K2導(dǎo)通，形成全波整流的效果，二極管D完成續(xù)流的作用。通過控制K1、 K2的導(dǎo)通角即可控制直流勵磁電流，從而改變電抗器小截面段鐵芯的磁飽和程度，平滑調(diào) 節(jié)可控并聯(lián)電抗器的電感量?？煽夭⒙?lián)電抗器截面較小的部分稱為“磁閥”，“磁閥”的引入 使極限勵磁成為可能，磁閥部分可在極限飽和區(qū)連續(xù)調(diào)節(jié)，使得電抗器的感抗大范圍連續(xù) 變化，而其它部分鐵芯則處于不飽和狀態(tài)，正是這樣一種鐵芯結(jié)構(gòu)與工作原理，使得可控并 聯(lián)電抗器比普通飽和電抗器具有更低的噪聲，更小的諧波，更低的損耗，更快的響應(yīng)速度， 更線性的調(diào)節(jié)特性。[0025]通過對結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)置，可控并聯(lián)電抗器的控制回路的晶閘管只需承受約為系統(tǒng) 額定電壓的1%左右的低壓，因而運行可靠性大為提高；采用自耦勵磁方式，交直流分量共 用一個繞組，節(jié)省了繞組成本；采用磁閥式結(jié)構(gòu)設(shè)計和極限磁飽和工作方式，運行時只有小 截面段鐵芯飽和，大部分鐵芯不飽和，增大了鐵芯導(dǎo)磁率，降低了成本和體積，降低了有功 損耗和諧波含量(約為TCR的一半左右)，噪聲也比較小。
[0026]本發(fā)明中的可控并聯(lián)電抗器與傳統(tǒng)飽和式電抗器雖然都源于磁飽和的原理，但由 于設(shè)計理念不同，結(jié)構(gòu)方式不同，二者的工作性能有著顯著的差別。傳統(tǒng)的飽和式電抗器在 工作過程中，鐵芯長期處于磁飽和狀態(tài)，損耗很大，控制繞組的電流慣性大，響應(yīng)時間長，很 難滿足現(xiàn)代電壓無功的控制要求。本發(fā)明中的可控并聯(lián)電抗器在設(shè)計上采取創(chuàng)新的控制理 論，采用自耦直流勵磁和多級極限磁飽和的工作方式，克服了傳統(tǒng)飽和式電抗器的弊端，有 功損耗低，響應(yīng)速度快，諧波大大減少，其與TSC、TCR的不同之處在于采用低壓直流控制， 規(guī)避了晶閘管高壓控制的風(fēng)險，且磁閥式結(jié)構(gòu)設(shè)計擴大了電流調(diào)整范圍，有效地降低了諧 波和損耗，加之成本低廉，安全可靠，是優(yōu)于TSC、TCR的無功補償設(shè)備。
[0027]本磁控靜止無功補償裝置主要由電容器組/濾波器組、可控并聯(lián)電抗器CSR(包括 電抗器本體及勵磁系統(tǒng))和控制保護系統(tǒng)(包括數(shù)字信號處理器、AD采用電量、無功補償單 元、可編程邏輯控制器等)組成。電容器組/濾波器組用于提供系統(tǒng)所需的容性無功功率， 可控并聯(lián)電抗器用于平衡系統(tǒng)中負(fù)載波動所對應(yīng)的感性無功功率，并穩(wěn)定負(fù)載沖擊所產(chǎn)生 的電壓波動，控制保護系統(tǒng)完成自動補償?shù)臋z測、計算、控制執(zhí)行與保護。
[0028]作為優(yōu)選，可控并聯(lián)電抗器采用優(yōu)質(zhì)硅鋼片和漆包線，低溫升設(shè)計，具有極高的可 靠性，設(shè)計壽命達(dá)到30年以上，維護簡單，可控并聯(lián)電抗器的調(diào)節(jié)通過自耦于主線圈的勵 磁單元實現(xiàn)，勵磁單元的控制信號來自控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)與勵磁單元之間采用隔離性能 好、抗干擾能力強的光纖連接。勵磁系統(tǒng)采用優(yōu)質(zhì)低壓元件，無須任何器件的串并聯(lián)，所有 元件高度成熟可靠，勵磁系統(tǒng)配置完備的保護系統(tǒng)，充分保證系統(tǒng)運行安全。
[0029]電容器組/濾波器組用于無功補償及濾除諧波，提供系統(tǒng)所需的容性無功功率， 濾波電容器組可采用固定接入方式，也可采取分級投切，將濾波電容器組分成若干個單元 組，由機械開關(guān)或晶閘管閥組按照實際的電網(wǎng)需求進行投切操作。在具體應(yīng)用中，電容器組 /濾波器組根據(jù)現(xiàn)場的系統(tǒng)工況配置:在諧波含量較小的電力系統(tǒng)變電站，可配置電容器 組，根據(jù)需要加裝串聯(lián)電抗器，限制合閘涌流、抑制諧波；在諧波含量較重的工礦企業(yè)變電 站，可根據(jù)用戶需求設(shè)置適宜的濾波器組。
[0030]電容器組/濾波器組也可利用用戶已有的補償設(shè)備，如原有補償設(shè)備容量合適， 可以只增設(shè)可控并聯(lián)電抗器，用最少的投資取得最佳的效果。
[0031]控制保護系統(tǒng)采用功率、電流雙環(huán)復(fù)合控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，瞬時無功理論與模糊控制 算法相結(jié)合，可在半個工頻周期內(nèi)完成負(fù)載無功變化檢測，實施動態(tài)跟蹤補償，既可以使補 償器快速地跟蹤負(fù)荷電流的變化，也可使負(fù)荷的功率因數(shù)維持在給定值?？刂葡到y(tǒng)提供全 面直觀的運行工況監(jiān)測，及時準(zhǔn)確的記錄顯示，對于特殊的情況或故障，及時報警或跳閘。 控制系統(tǒng)提供友好的人機界面，便于用戶的操作及維護，可接入現(xiàn)有自動化控制系統(tǒng)?？梢?根據(jù)現(xiàn)場情況加裝需要的保護單元。
[0032]按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.磁控靜止無功補償裝置，其特征在于，包括數(shù)字信號處理器，輸出端均與數(shù)字信號處 理器相連的電源、電容器組或濾波器組、鍵盤，輸入端均與數(shù)字信號處理器相連的液晶顯示 器、可編程邏輯控制器和無功補償單元，與無功補償單元及可編程邏輯控制器均相連的可 控并聯(lián)電抗器CSR,輸入端與可控并聯(lián)電抗器CSR相連、輸出端與數(shù)字信號處理器相連的AD 采樣電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控靜止無功補償裝置，其特征在于，所述無功補償單元和 可控并聯(lián)電抗器CSR之間還連接有電流調(diào)節(jié)器和晶閘管移相觸發(fā)電路，所述電流調(diào)節(jié)器的 輸入端與無功補償單元相連、輸出端與晶閘管移相觸發(fā)電路相連，所述晶閘管移相觸發(fā)電 路的輸出端與可控并聯(lián)電抗器CSR相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控靜止無功補償裝置，其特征在于，所述可控并聯(lián)電抗器 CSR上集成有外接端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁控靜止無功補償裝置，其特征在于，所述可控并聯(lián)電抗器 CSR包括由端部連通的鐵芯I和鐵芯2構(gòu)成的主鐵芯，所述鐵芯I和鐵芯2均由結(jié)構(gòu)相同的 兩個鐵芯構(gòu)件及連接于兩個鐵芯構(gòu)件間的磁閥構(gòu)成，所述磁閥的橫截面小于鐵芯構(gòu)件的橫 截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁控靜止無功補償裝置，其特征在于，所述鐵芯I的兩個鐵芯 構(gòu)件之間連接有觸發(fā)晶閘管Kl ;所述鐵芯2的兩個鐵芯構(gòu)件之間連接有觸發(fā)晶閘管K2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁控靜止無功補償裝置，其特征在于，所述鐵芯I和鐵芯2之 間連接有續(xù)流二極管D。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁控靜止無功補償裝置，其特征在于，所述鐵芯I的兩個鐵芯 構(gòu)件和磁閥一體式連接；所述鐵芯2的兩個鐵芯構(gòu)件和磁閥一體式連接。
【文檔編號】H02J3/16GK103580039SQ201310591973
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】李敏, 陳財建, 柴若愚, 羅海衛(wèi) 申請人:成都星宇節(jié)能技術(shù)股份有限公司