复合电力负载的动态无功快速补偿系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供的复合电力负载的动态无功快速补偿系统，其由智能电能检测模块（4）、智能控制器（7）、可调电容器组（5）和感抗变换器（6）组成，所述可调电容器组（5）和感抗变换器（6）并联后的一端接入电网中，另一端接地；感抗变换器（6）由可变电抗器（11）和电力电子功率变换器（12）组成；智能控制器（7）通过数据线分别与智能电能检测模块（4）和感抗变换器（6）中的晶闸管电路相连接。本实用新型可以解决智能电网（配电系统或电力负载）复合电力负载无功功率快速补偿的科学技术难题，可应用于冶金、建材、石化等行业领域。
【专利说明】复合电力负载的动态无功快速补偿系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及动态无功补偿领域，特别是涉及一种复合电力负载的动态无功快速补偿系统。
【背景技术】
[0002]随着电力系统的发展，各种新型冲击性负荷(如工业电弧炉、电力机车、轧钢机等)使低压配电网上电压波动频繁，大型半导体整流设备等在电网中造成谐波，使电压质量变差，影响了电网中其它设备的工作。同时，新的敏感设备大量出现(如半导体制造厂等)，对电能质量提出了更高的要求，因此，迫切需要改善电能质量的控制设备。
[0003]目前无功补偿技术主要包括电容器补偿(FC)、同步调相机、饱和电抗器(SR)、机械投切电容(MSC)、静止无功补偿器(SVC)、先进静止无功补偿器(ACVG)等。早期的无功补偿系统是同步调相机和固定补偿电容器，前者运行成本高，安装复杂，后者补偿容量有级，但不能连续调节，而且有可能发生谐振。同步调相机补偿方式在目前的无功补偿项目中已不再使用。机械式开关投切电容器组(MSC)是一种比较简单的无功补偿系统，可分级、分组投切，但它不能连续可调。关于静止无功功率补偿系统，虽然国内外研究中有关于静止无功补偿器的主回路单元、晶闸管阀、触发控制单元、功率变换单元、控制系统以及采用变压器的可控电抗器对配电侧无功功率进行补偿的研究，但均与本实用新型中的“复合电力负载动态无功补偿技术”以及与“动态无功补偿器”拓扑结构的方法不同。
[0004]电力系统是一个强耦合、非线性的复杂系统，用传统控制方法难以实现鲁棒性控制。因此，本实用新型提供的复合电力负载的动态无功快速补偿系统拟充分运用容抗可变的可调电容器组、感抗可调的感抗变换器、电力电子功率变换器的连续可调以及感抗变换器高、低压隔离的结构特点，动态跟踪无功功率变化，使配电系统或电力负载无功需求动态平衡；通过智能控制器调节无功补偿器参数，实现用低电压的电力电子功率变换电路来动态调控较高电压主电路的电抗值，从而实现对配电系统或电力负载的动态无功快速补偿。
[0005]中国专利文献“基于可变电抗的静止无功补偿器(200920087271.X)”公开的技术方案是:其通过智能控制器控制可变电抗器，改变流过可变电抗器的电流，从而使无功补偿器电路吸收或者发出无功电流，实现负荷动态无功功率补偿的目的。但该补偿器主要应用在静止的无功补偿，在复合电力负载领域具有局限性。
【发明内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是:针对现有的无功补偿技术对于复合电力负载的局限性，提供一种复合电力负载的动态无功快速补偿系统，该系统主要针对复合电力负载的功率实时变化的情况，能够进行动态无功快速补偿，从而解决智能电网(配电系统或电力负载)复合电力负载无功功率快速补偿的科学技术难题。
[0007]本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是:由智能电能检测模块、智能控制器、可调电容器组和感抗变换器组成，所述可调电容器组和感抗变换器并联后的一端接入电网中，另一端接地；感抗变换器由可变电抗器和电力电子功率变换器组成；智能控制器通过数据线分别与智能电能检测模块和感抗变换器中的晶闸管电路相连接。
[0008]所述的可调节电容器组可以由多组快速熔断器、电容接触器和电容器的串联电路经过并联后形成。
[0009]所述的可调节电容器组，其可以与电容接触器的串联电路、I/O接口电路构成向电力系统发出无功的回路。
[0010]所述的感抗变换器可以由电容接触器与可变电抗器的一次侧绕组的进线端相连接后并入电网，一次侧绕组的出线端接地；可变电抗器的二次侧绕组与电力电子功率变换器相连接。
[0011]所述的电力电子功率变换器可以由三相反并联晶闸管组成，分别串联在可变电抗器二次绕组的两端，并由智能控制器控制触发板触发导通。
[0012]所述的智能控制器可以采用PLC控制系统。该PLC控制系统可以由与电源相连的PLC控制器和以数据线分别与PLC控制器相连的电能参数采集模块、触摸屏、I/O接口电路、触发板电路组成。
[0013]本实用新型与现有技术相比具有以下的优点:
[0014]( I)电力电子感性阻抗变换器结构，采用高、低压隔离方式，降低了电力电子元器件耐压等级与要求以及使用环境；
[0015](2)智能传感器和控制器对复合电力负载的无功功率及无功电流进行实时分析和提取；
[0016](3)智能控制器调节无功补偿器参数，实现对配电系统或电力负载的动态无功快速补偿；
[0017](4)可调电容器组和感抗变换器相互配合，满足向电网发出的无功连续可调。
[0018]总之，本实用新型供提供的复合电力负载的动态无功快速补偿器，降低了电力电子元器件耐压等级与要求以及使用环境。通过动态无功电流实时检测方法，实现不同负荷情况下的无功功率和无功电流的实时分析和提取。最后针对负载变化(感性负载的突变、容性负载的突变、感性负载突变到容性负载和容性负载突变为感性负载)的情况，能寻求最优的无功快速补偿智能控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型复合电力负载的动态无功快速补偿系统的原理图。
[0020]图1中:1.高压隔离开关；2.高压断路器；3.电压电流互感器；4.智能电能检测模块；5.可调电容器组；6.感抗变换器；7.智能控制器；8.快速熔断器；9.电容接触器；10.电容器；11.可变电抗器；12.电力电子功率变换器。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。
[0022]本实用新型提供的复合电力负载的动态无功快速补偿系统，其结构如图1所示，由智能电能检测模块4、智能控制器7、可调电容器组5和感抗变换器6组成，其中:可调节电容器组5由多组快速熔断器8、电容接触器9和电容器10的串联电路经过并联后形成，感抗变换器6由可变电抗器11和电力电子功率变换器12组成。可调电容器组5和感抗变换器6并联后接入电网中，智能控制器7通过数据线分别与智能电能检测模块4和感抗变换器6中晶闸管电路相连接。
[0023]所述的可调节电容器组5，其与电容接触器9的串联电路、I/O接口电路构成向电力系统发出无功的回路。
[0024]所述的感抗变换器6由电容接触器9与可变电抗器11的一次侧绕组的进线端相连接后并入电网，一次侧绕组的出线端接地；可变电抗器11的二次侧绕组与电力电子功率变换器12相连接。
[0025]所述的电力电子功率变换器12由三相反并联晶闸管组成，分别串联在可变电抗器二次绕组的两端，并由智能控制器7控制触发板触发导通。
[0026]所述的智能控制器7采用PLC控制系统。
[0027]所述的PLC控制系统由与电源相连的PLC控制器和以数据线分别与PLC控制器相连的电能参数采集模块、触摸屏、I/o接口电路、触发板电路组成。
[0028]本实用新型通过智能控制器7控制电力电子功率变换器12，改变可变电抗器11 二次绕组的电流及阻抗，从而改变可变电抗器11的一次绕组的电流及阻抗。当输入电压不变时，实现可变电抗器11导纳的改变，就能改变基波电流，从而导致可变电抗器11吸收无功功率的变化。可调电容器组5由智能控制器7控制并补偿到目标功率因数左右时，感抗变换器6配合可调电容 器组5，能平滑调节无功功率，实现动态无功补偿。
[0029]本实用新型的具体工作过程如下:
[0030]1.手动合闸QS (高压隔离开关1)、QF (高压断路器2)，电路中的智能电能检测模块4以及智能控制器7接入电源后得电，智能控制器7开始工作；
[0031]2.通过智能控制器7将接触器KMl闭合，此时可调电容器组5接入电网，智能电能检测模块4通过电压电流互感器3提取的电流电压经转换成功率因数和有功功率，智能控制器?控制电容接触器9的KMll~KMln的吸合来选择合适的几组电容器10投入电网，调节接入电力系统的实际的电容值，使电网功率因数达到目标功率因数。
[0032]3.当过补偿时，通过智能控制器7输出脉冲信号，控制电力电子功率变换器12来调节可变电抗器11的一次电流，从而使感抗变换器6吸收无功功率可调，从而起到对电网功率因数微调和实时检测并调节发出的无功功率的作用；
[0033]4.通过电压电流互感器3和智能电能检测模块4实时检测电网功率因数的变化，然后由智能控制器7实现“启动运行、检测传输、分析计算、发出无功和吸收无功”功能；
[0034]5.当复合电力负载工作状态稳定后，电网的功率因数达到目标范围，本实用新型采用的复合电力负载动态无功快速补偿装置实时检测并稳定工作状态，能发出稳定的无功功率。通过以上步骤1-步骤4实现了复合电力负载动态无功快速补偿。
[0035]上述步骤1-步骤5之间的协调控制方法由PLC控制系统实现，其方法是:通过电源相连的PLC控制器与电能参数采集模块之间数据通讯，触摸屏与PLC控制器之间控制信号与数据信号的传递，PLC控制器通过I/O接口电路控制接触器的闭合，以及PLC控制器通过模拟量输出模块来控制触发板。
[0036]本实用新型复合电力负载的动态无功快速补偿系统，其结合可变电抗器技术，降低了电力电子元器件耐压等级与要求以及使用环境。通过动态无功电流实时检测和智能补偿，实现不同负荷情况下的无功功率和无功电流的实时分析和提取，实现对复合电力负载动态无功快速补偿。该系统能够在包括冶金、建材或石化行业领域的高压复合电力负载的快速无功补偿中的应用。
【权利要求】
1.复合电力负载的动态无功快速补偿系统，其特征是由智能电能检测模块(4)、智能控制器(7)、可调电容器组(5)和感抗变换器(6)组成，所述可调电容器组(5)和感抗变换器(6 )并联后的一端接入电网中，另一端接地；感抗变换器(6 )由可变电抗器(11)和电力电子功率变换器(12)组成；智能控制器(7)通过数据线分别与智能电能检测模块(4)和感抗变换器(6 )中的晶闸管电路相连接。
2.根据权利要求1所述的复合电力负载的动态无功快速补偿系统，其特征在于所述的可调节电容器组(5 )由多组快速熔断器(8 )、电容接触器(9 )和电容器(10 )的串联电路经过并联后形成。
3.根据权利要求2所述的复合电力负载的动态无功快速补偿系统，其特征在于:所述的可调节电容器组(5)，其与电容接触器(9)的串联电路、I/O接口电路构成向电力系统发出无功的回路。
4.根据权利要求1所述的复合电力负载的动态无功快速补偿系统，其特征在于:所述的感抗变换器(6)由电容接触器(9)与可变电抗器(11)的一次侧绕组的进线端相连接后并入电网，一次侧绕组的出线端接地；可变电抗器(11)的二次侧绕组与电力电子功率变换器(12)相连接。
5.根据权利要求1所述的复合电力负载的动态无功快速补偿系统，其特征在于:所述的电力电子功率变换器(12)由三相反并联晶闸管组成，分别串联在可变电抗器二次绕组的两端，并由智能控制器(7)控制触发板触发导通。
6.根据权利要求1所述的复合电力负载的动态无功快速补偿系统，其特征在于:所述的智能控制器(7)采用PLC控制系统。
7.根据权利要求6所述的复合电力负载的动态无功快速补偿系统，其特征在于:所述的PLC控制系统由与电源相连的PLC控制器和以数据线分别与PLC控制器相连的电能参数采集模块、触摸屏、I/O接口电路、触发板电路组成。
【文档编号】H02J3/18GK203774797SQ201420115065
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】袁佑新, 王一飞, 陈静, 程琪戬, 肖純, 杨威, 周斌 申请人:武汉理工大学