低压动态无功补偿装置的制作方法

本实用新型涉及一种适用于供电电压波形严重畸变、电压波动大或负荷含有高次谐波的场合，诸如轧制金属材料工厂的主轧机传动系统和矿山竖井卷扬机传动系统或具有类似负荷性质的配电变压器低压母线上，进行谐波滤波和动态无功补偿的装置。

背景技术：

接入交流电网(6kV，10kV，35kV电压等级等)的工业负载，尤其是矿山竖井卷扬机传动系统和轧制金属材料工厂的轧机系统，其直流传动装置是普遍采用6相或12相变流器，传动装置变流器在工作过程中会产生6k±1或12k±1次谐波(k为正整数)，对电网产生污染。由于矿山竖井卷扬机启动时和轧机轧制时的无功冲击引起的电压波动会影响其他用电设备的正常工作，要消除电压波动必须对无功功率进行补偿。同时，变流器低功率因数需要补偿无功功率。为了解决类似场合的谐波污染和无功功率补偿问题，目前国内一般采用的是：

1、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TSR+FC方案。TSR是相控电抗器TCR的一个特例，晶闸管要么全导通，要么全关闭。该装置由电感和电容构成的某次谐波滤波器、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的场合，可以应用10kV或更高电压等级电网上。该专利能进行有级快速补偿，提高功率因数；晶闸管反并联构成的开关电感(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。其缺点是当用于10kV及其以上的电力系统时，由于晶闸管自身的局限，晶闸管要串联，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级可调。在负荷波动较小时，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。不能为电网提供连续可调的无功功率。目前，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，实施会造成一定的难度。

2、安装静止型动态无功补偿装置(SVC)，即TCR+FC方案。冶金工业负载通常是轧机或者是电弧炉，这种非线性负荷在生产过程中会产生大量的高次谐波经母线、变压器流入电网和负载，造成谐波公害。中国专利说明书：CN02152793.8描述的用于补偿工业负载无功功率消耗的方法和装置就是这种方案(SVC)，它包括用于可控无功功率消耗的第一套补偿装置(TCR)和用于产生无功功率的第二套补偿装置(FC)，两个装置都同负载并联到交流电网(6kV～35kV母线)上。第一套补偿装置(TCR)是相控电抗器，通常是以三角形接法相互连接的，第二套补偿装置包括用于多个相互并联的滤波器。控制系统由电压检测装置和电流检测装置以及控制装置组成，控制装置采样电流电压信号，经计算母线的无功功率后得到对应的移相控制角α来调节母线无功功率。该装置能快速调节电网无功功率，提高电力系统的静态和动态稳定性，改善电压波动和电压闪变。但是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，相控电抗器本身是一个很大的谐波源。另外，安装静止型动态无功补偿装置(SVC)价格昂贵。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种控制系统简单可靠、成本低、能进行谐波滤波和快速无功功率补偿的动态无功补偿装置。

为达到上述目的，本实用新型的低压动态无功补偿装置，所述的低压动态无功补偿装置接在传动系统整流变二次侧低压母线或配电变压器二次侧低压母线上，所述的低压动态无功补偿装置由并联设置的无源电力滤波装置FC和磁饱和可控电抗器MCR组成。

为达到上述目的，本实用新型的低压动态无功补偿装置，所述的低压动态无功补偿装置接在传动系统整流变二次侧低压母线或配电变压器二次侧低压母线上，

所述的低压动态无功补偿装置包括：

无源电力滤波装置FC，连接在整流变压器二次侧上用于吸收谐波和无功补偿；

磁饱和可控电抗器MCR，连接在整流变压器二次侧用于快速吸收无功功率；

控制系统，用于对整流变压器一次侧电压互感器和电流互感器的电压、电流信号，以及整流变压器二次侧电压互感器和磁饱和可控电抗器MCR装置回路内电流互感器的电压、电流信号进行采样，并进行计算和比较后输出控制信号，以调节晶闸管触发脉冲的角度，改变低压侧磁饱和可控电抗器吸收的感性无功。

本实用新型与现有技术相比其优点效果如下：

1、由于整流变压器二次侧或直接配电低压母线上安装了无源电力滤波装置(FC)，可以使负荷所需的感性无功功率在整流变二次侧就地补偿，即负荷所需的感性无功功率不通过(或绝大部分不通过)整流变，从而提高整流变的出力。同时，可以使高次谐波就地吸收，传动装置中的电力电子器件等非线性负荷工作时产生的大量谐波电流就不需要通过整流变压器，因为MCR+FC型低压动补装置中的滤波器已经在整流变二次侧提供了高次谐波电流的通道，从而减少了整流变压器的谐波损耗，降低整流变压器的电磁振动和噪声。换言之，低压动补大大减轻了整流变的负担，可以延长整流变的使用寿命。

2、MCR安装在整流变压器的低压侧或直接配电低压母线上，工作电压低，降低了成本，控制系统简单可靠，提高了装置的稳定性和可靠性；又由于整流变压器是现成的设备，不需要另外加装降压变压器，大大地节约了投资成本。

3、低压SVC装置可以按照负荷的无功变化快速调节磁饱和可控电抗器的感性无功输出，来抑制整流变二次侧或直接配电低压母线上的电压波动，从而稳定电动机的出力。低压动补在解决了整流变二次侧或直接配电低压母线上电压波动问题的同时，也一并解决了高压母线的电压波动问题。

附图说明

图1为本实用新型低压动态无功补偿装置原理单线图；

图2为本实用新型低压动态无功补偿装置用于轧钢机传动系统整流变二次侧无功功率补偿和谐波滤波的实施例的方框图形式。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1所示，为本实用新型低压动态无功补偿装置包括无源电力滤波装置FC、磁饱和可控电抗器MCR，其中无源电力滤波装置FC和磁饱和可控电抗器MCR分别接在整流变压器二次侧。

图2给出了本实用新型低压动态无功补偿装置用于轧钢机传动系统整流变二次侧无功功率补偿和谐波滤波的实施例，该装置包括一套接在传动系统整流变二次侧上用于吸收谐波和无功补偿的无源电力滤波装置(FC)，一套接在传动系统整流变二次侧用于快速吸收无功功率的磁饱和可控电抗器(MCR)，以及一套控制系统3。控制系统集无功信号采集、运算、调节，以及晶闸管脉冲触发和系统保护等功能于一体。无源电力滤波装置(FC)固定接入低压母线，其产生的容性无功相对不变。当负载4无功功率发生变化时，控制系统3采样整流变ZB一次侧PT和CT的电压、电流信号，以及整流变ZB二次侧PT和MCR装置回路内CT的电压、电流信号，来计算无功功率，与设定的无功功率比较得控制信号，调节晶闸管触发脉冲的角度，改变低压侧磁饱和可控电抗器(MCR)吸收的感性无功。从而实现本实用新型所述的快速动态补偿无功功率、提高功率因数和谐波滤波的功能。

本实用新型的低压动态无功补偿装置是这样实施的：

接在传动系统整流变二次侧上用于吸收谐波和无功补偿的无源电力滤波装置(FC)是根据负载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。传动系统的整流装置通常是6相整流或等效12相整流，产生谐波次数为(6K±1)次或为(12K±1)次。通常设计FC分为H5、H7和H11等滤波支路。无功功率补偿容量是按照低压母线上计算负荷并充分考虑到谐波补偿容量而确定的。

在整流变压器的二次侧接入磁饱和可控电抗器(MCR)，可以快速动态连续调节无功功率。其控制角α在0°和180°之间变化，控制系统通过采集整流变一次侧PT和CT的电压、电流信号，计算该整流变总的无功功率，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(即为容性Q_C时)，此时轧钢机空载，控制系统3发出指令，减小触发角α(0°≤α≤180°)来控制MCR装置增大吸收感性无功功率，与滤波装置固定的容性无功相平衡。当检测到总的无功功率为感性无功时，此时轧钢机工作，控制系统3发出指令，增大触发角α(0°≤α≤180°)来控制MCR装置减小吸收感性无功功率，使滤波装置固定的容性无功用来补偿负荷所需要的感性无功，抑制电压波动，最终使功率因数达到0.95以上。

因此，本实用新型低压动态无功补偿装置和现有技术相比，系统简单可靠，而且投资省，特别适合于轧制金属材料工厂的主轧机传动系统和矿山竖井卷扬机传动系统或具有类似负荷性质的传动系统直接配电低压母线上用于快速无功功率补偿、抑制电压波动、进行谐波滤波和提高功率因数。