专利名称：一种动态电力滤波补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及交流电力系统中谐波滤波和动态无功功率补偿装置。
背景技术：
接入交流电力系统的工业负载，尤其是轧钢厂或具有类似负荷性质的工 厂，其直流传动装置是采用六相或十二相变流装置，变流装置在生产过程中
产生(6k+l)或(12k+l)次谐波，谐波对电力系统产生污染，形成谐波公害。 同时变流装置低功率因数需要补偿无功功率。为了解决轧钢厂谐波污染和无
功功率补偿的问题，目前国内普遍采用的是
1、 在轧钢厂车间变电站高压母线上安装电力滤波装置FC，即FC方案。 FC方案是由电抗器L和电容器C串联构成谐振回路，对特征谐波次数(如5 次，7次，11次谐波等)形成低阻抗通道，到达滤波的目的，同时电容器基 波为电力系统提供无功功率，进行无功补偿和提高功率因数。这种电力滤波 装置FC的缺点是FC是按照一定的电力系统参数和一定的负荷参数设计安装 的。由于电力滤波装置FC的容量是固定的，受电容器冲放电时间限制，所以 不能根据负荷变化快速调节无功功率。因此，在轧机不工作时，将会产生无 功功率倒送问题，从而造成功率因数过低而罚款。无功功率倒送将产生损耗。
2、 安装静止型动态无功补偿装置(SVC)，即FC+TCR方案。由电感和电 容构成的K次谐波的L-C串联滤波器和由相同规格的晶闸管反并联构成的开 关电感和电子控制电路组成。工业负载常见的有轧钢机或者是电弧炉，这种 非线性负荷在生产过程中会产生大量的谐波，谐波在线路、变压器等电气设 备中产生附加损耗，形成谐波公害。安装这种静止型动态无功补偿装置SVC 的缺点是控制系统复杂，晶闸管要串、并联， 一旦晶闸管串中的某个晶闸 管被击穿，全部系统电压就加到其它几只晶闸管上，造成其它晶闸管击穿而 引起晶闸管串击穿；SVC中的TCR是一个大谐波源，产生的谐波污染电力系统; 另外，安装静止型动态无功补偿装置(SVC)价格昂贵。
3、 中国专利说明书CN99109784. X描述的无触点开关无功功率补偿装置， 是FC +TSR方案。该装置由电感和电容构成的K次谐波的L-C串联滤波器和 由相同规格的晶闸管反并联构成的开关电感和电子控制电路组成，滤波器和 开关电感并联接入同一母线。该专利适用于供电电压波形畸变严重或负荷含 有丰富谐波如单相焊机群，节能灯群场合，可以应用IOKV或更高电压等级电 力系统上。该专利能进行有极快速补偿无功功率，提高功率因数；晶闸管反 并联构成开关电感(TSR)，晶闸管要么全导通，要么全关闭，电流波形为正 弦波，因此，自身不产生谐波。其缺点是当其用于10KV及其以上的电力系 统时，和静止型动态无功补偿装置(SVC) —样，晶闸管要串、并联， 一旦晶 闸管串中的某个晶闸管被击穿，全部系统电压就加到其它几只晶闸管上，造 成其它晶闸管击穿而引起晶闸管串击穿；由于晶闸管反并联构成的开关电感
(TSR)为系统提供的无功功率是有极的，在负荷较小波动时，无功功率补偿 很难选择，会造成开关电感投上欠补，切除又过补的现象发生，不能为电力系统提供连续可调的无功功率；另外，此技术方案应用于10KV及其以上的电
力系统时会造成本增加，实施起来会有一定的难度。
发明内容
本实用新型的目的就是为了解决以上问题，而提供一种动态电力滤波补 偿装置，进行谐波滤波和快速无功补偿，这种装置控制系统简单可靠、无功功 率连续可调，功率因数接近l，且成本低。
本实用新型的技术方案是这样设计的 一种动态电力滤波补偿装置，其 特点是它由主电路和控制电路组成，其主电路包括安装在变电站高压母线
上的电力滤波装置(FC)、安装在整流变低压母线上的由相同规格的晶闸管反 并联后与电感串联组成的晶闸管投切电抗器(TSR)和晶闸管控制电抗器
(TCR);其控制电路包括从变电站高压母线上采样的电压采样装置和电流采
样装置、将采样信号进行处理的控制器、将控制器发出的控制信号送至晶闸 管电抗器的触发器。
由于本实用新型在变电站高压母线上安装了电力无源滤波装置FC，可以 为系统提供指定的容性无功功率，提高了功率因数和消除了谐波公害。晶闸 管投切控制电抗器TSR+TCR，安装在整流变压器的低压侧，提供感性无功的装 置是由晶闸管投切电抗器TSR和晶闸管控制电抗器TCR两个装置共同完成， 晶闸管投切电抗器TSR的特点是其晶闸管投入电抗器时全导通，切除电抗器 时全关断，晶闸管投切电抗器TSR电流波形是正弦波，所以本身不产生谐波， 晶闸管控制电抗器TCR为电力系统提供连续可调的无功，由于晶闸管控制电 抗器TCR容量较小，只产生少量的谐波。作为投切控制开关的晶闸管不需要 串并联，主电路简单，成本低。由于晶闸管不需要串并联，所以晶闸管不需 要均压均流保护电路，触发器也不需要光纤隔离(采用脉冲变压器隔离)，以 单片机为核心的控制器和触发器简单可靠实用，可采用CPU80C196芯片或其 它处理器。
图1是本实用新型电路原理图。
图中1、电流采样装置2、电压采样装置3、变电站高压母线 4、 电力滤波装置(FC) 5、整流变压器6、低压侧母线 7、晶闸管电抗 器8、晶闸管投切电抗器(TSR) 9、晶闸管控制电抗器(TCR) 10、 控制器11、 TSR触发器12、 TCR触发器具体实施方式
图1给出了本实用新型一种动态电力滤波补偿装置用于轧钢厂进行谐波 滤波和无功功率补偿的实施例子，该装置包括电力滤波装置(FC) 4、晶闸管 投切电抗器(TSR) 8和晶闸管控制电抗器(TCR) 9，其中电力滤波装置4接 在变电站高压母线3上，晶闸管投切电抗器(TSR)8和晶闸管控制电抗器(TCR) 9并联接在整流变压器5的低压侧母线6上。控制电路由控制器10和TSR触 发器11、 TCR触发器12、电压采样装置2、电流采样装置1组成。
电力滤波装置(FC) 4固定接在变电站高压母线3上，当负荷无功功率发
生变化时，智能控制器io通过采样母线进线端的电压和电流信号计算无功功
率，与设定的无功功率比较得出控制信号，指令TSR触发器11投切TSR装置来提供一定的感性无功功率，指令TCR触发器12控制TCR装置来提供连续可 调的感性无功补偿。电力滤波装置FC为电力系统提供一定的容性无功功率， 同时吸收谐波，晶闸管投切电抗器TSR为电力系统提供一定的感性无功功率， 晶闸管控制电抗器TCR为电力系统提供连续可调的感性无功功率。控制系统 是以单片机为核心的控制器和触发器，配上计算机汇编语言程序，直接操作 内存，计算控制速度快，实现动态无功功率补偿和消除谐波的目的，动态响 应速度可达20ms。从而实现本实用新型的动态谐波滤波和无功功率补偿、提 高功率因数的功能。
下面详细叙述本实用新型的实施方式。
接在轧钢车间变电站高压母线3上用于吸收谐波和无功补偿的电力滤波 装置(FC) 4是根据轧机负荷所产生的特征谐波和非特征谐波次数分别设计为 某次谐波串联谐振回路，而形成对某次谐波的低阻抗通道，达到吸收谐波的 目的。整流装置通常是采用6相整流或等效12相整流方式，产生谐波次数为 (6K+1)次或(12K+1)次。本实施例中电力滤波装置(FC) 4设计为由电感 和电容构成的5、 7、 11、 13次谐波的L-C串联滤波器组成的H5、 H7、 Hll、 H13四组滤波器。无功功率补偿容量是按照母线3上计算负荷，再充分考虑到 母线3上的谐波补偿容量而设计的。在正常生产时，电力滤波装置(FC) 4接 在母线3上固定不变。
在整流变压器的低压侧接入由相同规格的晶闸管反并联后与电感串联组 成的晶闸管投切电抗器(TSR) 8和晶闸管控制电抗器(TCR) 9，晶闸管投切 电抗器(TSR) 8其控制角al为90"(见图l中cxl)，即要么全关断，要么全 导通，电流波形是正弦波，快速完成吸收指定的一定无功功率的目的。晶闸 管控制电抗器(TCR) 9其控制角a 2在90°和180°之间调节(见图1中a 2)， 对于负荷一定的波动范围，晶闸管控制电抗器(TCR)可以快速动态连续调节 无功功率。
控制器10通过电流检测装置1，电压检测装置2分别采样电流信号和电 压信号，计算高压母线段3总的无功功率，与设定的无功功率进行比较，当 检测到总的无功功率出现倒送时，此时，整流变压器5是在空载状态，智能 控制器10发出指令，通过TSR触发器11投切电抗器(TSR)8快速(小于20ms) 吸收一定的无功功率，用以抵消电力滤波装置4发出的容性无功功率，阻止 无功功率倒送，同时，控制器10发出指令，通过TCR触发器12改变触发角 a 2 (90°《a2《180°)来连续调节波动的无功功率的大小，使母线3总的无 功功率接近0，功率因数接近1。当控制器10检测总的无功功率为感性无功 时，说明轧机在轧钢，控制器10快速(小于20ms)使晶闸管投切电抗器(TSR) 8切除，同时，通过TCR触发器12改变的触发角a2 (90°《a 2^180°)来调 节波动无功功率的大小，使母线3总的无功功率接近0，功率因数接近l。
因此，本实用新型一种动态电力滤波补偿装置，其主电路(FC+TSR+TCR) 和控制电路(以单片机CPU80C196为核心的控制器、触发器、电压采样装置、 电流采样装置)简单可靠实用，投资省，花钱少。特别适合于轧钢厂车间变 电站用于快速补偿无功功率、提高功率因数和谐波滤波，以达到改善电力系 统的电能质量，提高电力系统的稳定性的目的。
权利要求1、一种动态电力滤波补偿装置，其特征在于它由主电路和控制电路组成，其主电路包括安装在变电站高压母线上的电力滤波装置(FC)、安装在整流变低压母线上的由相同规格的晶闸管反并联后与电感串联组成的晶闸管投切电抗器(TSR)和晶闸管控制电抗器(TCR)；其控制电路包括从变电站高压母线上采样的电压采样装置和电流采样装置、将采样信号进行处理的控制器、将控制器发出的控制信号送至晶闸管电抗器的触发器。
2、 根据权利要求l所述的一种动态电力滤波补偿装置，其特征在于所述的电力滤波装置FC是由H5、 H7、 Hll、 H13四路谐波滤波器组成。
3、 根据权利要求1或2所述的一种动态电力滤波补偿装置，其特征在于: 所述的控制器和触发器是采用以单片机CPU80C196芯片作为控制板。
专利摘要一种动态电力滤波补偿装置，它由主电路和控制电路组成，其主电路包括安装在变电站高压母线上的电力滤波装置(FC)、安装在整流变低压母线上的由相同规格的晶闸管反并联后与电感串联组成的晶闸管投切电抗器(TSR)和晶闸管控制电抗器(TCR)；其控制电路包括从变电站高压母线上采样的电压采样装置和电流采样装置、将采样信号进行处理的控制器、将控制器发出的控制信号送至晶闸管电抗器的触发器。本实用新型控制系统简单可靠、无功功率连续可调，功率因数接近1，成本低、安全可靠。
文档编号H02J3/18GK201374562SQ20092014294
公开日2009年12月30日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者王正斌 申请人:王正斌