一种动态无源调容调谐滤波补偿装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种动态无源调容调谐滤波补偿装置，包括电流电压采样单元、快励磁磁阀式电抗器单元、无源调谐滤波单元、电网负荷单元、控制器和供电系统，所述电流电压采样单元连接所述控制器，所述控制器连接所述快励磁磁阀式电抗器单元；所述快励磁磁阀式电抗器单元、所述无源调谐滤波单元、所述电网负荷单元相互并联且分别连接所述供电系统；所述无源调谐滤波单元包括相互串联的无源补偿单元和滤波电抗器。本实用新型可实现对高压电网的无功快速响应，避免了过补现象，对供电系统谐波具有针对性吸收；大幅度降低维护维修成本，节省人力和物力；具有快速响应能力，适用各种工业用户运行工况，占地面积小，安装方便。
【专利说明】一种动态无源调容调谐滤波补偿装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及高压无源滤波补偿【技术领域】，尤其涉及一种动态无源调容调谐滤波补偿装置。
【背景技术】
[0002]钢铁、石油化工、冶金、煤炭以及印染等行业的电网负荷在工作过程中会产生大量谐波，对电力系统造成污染，影响供电质量，而在高压电力系统(6KV、10KV、35KV)中的谐波污染现象则尤为严重。无源电力滤波装置可以就近吸收谐波源产生的谐波电流，是抑制谐波污染的有效措施，由于无源滤波器对某一频率的谐波呈低阻抗，与电网阻抗形成分流，于是使得大部分该频率的谐波流入滤波器。无源滤波器具有效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，是目前广泛采用的抑制谐波及无功补偿的手段。
[0003]已公开专利方面，中国专利CN102412582A公开了一种高压无源电力滤波保护补偿系统，包括残压保护电路、电压滤波电路、抑制控制电路、放电电路、浪涌保护电路；CN102412582A公开了一种高低压混合滤波补偿装置，是由几组低压晶闸管投切滤波器(TSF)和一套高压自动投切滤波补偿装置(真空接触器投切)组成，利用其TSF部分来快速补偿可逆型冷轧机组，并相应滤去部分谐波，同时提高低压母线短时电压，且利用高压侧一定容量的无源型滤波装置来吸收低压晶闸管投切滤波器尚未消除和用户其他设备产生的谐波，补偿无功功率。
[0004]另外，目前市场上关于高压无源滤波补偿的产品主要为高压无源滤波装置，但是单调谐滤波支路只能消除特定的某次谐波，同时系统会产生无功功率波动，从而导致过补偿现象或拒投入现象，假如设置多个滤波支路，则会增加额外成本。
[0005]上述专利技术方案无法很好满足特定用户需求，而上述产品可以解决供电系统的主要问题，但仅对某一频率的谐波呈低阻抗，无法同时实现响应供电电网中各种运行工况(如满载工况、正常运行工况、轻载工况等)，存在隐患，不能被广泛地推广使用。
实用新型内容
[0006]有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种动态无源调容调谐滤波补偿装置，具有快速响应高压电网中谐波可调吸收、无功需求和电压调节的功能，以克服现有技术中的缺陷。
[0007]为了达到上述目的，本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的:
[0008]一种动态无源调容调谐滤波补偿装置，其中，包括电流电压采样单元、快励磁磁阀式电抗器单元、无源调谐滤波单元、电网负荷单元、控制器和供电系统，所述电流电压采样单元连接所述控制器，所述控制器连接所述快励磁磁阀式电抗器单元；所述快励磁磁阀式电抗器单元、所述无源调谐滤波单元、所述电网负荷单元相互并联且连接所述供电系统；所述无源调谐滤波单元包括相互串联的无源补偿单元和滤波电抗器。
[0009]上述动态无源调容调谐滤波补偿装置，其中，所述快励磁磁阀式电抗器单元采用快速MCR技术。
[0010]上述动态无源调容调谐滤波补偿装置，其中，所述控制器通过一励磁箱连接所述快励磁磁阀式电抗器单元，所述快励磁磁阀式电抗器单元通过所述励磁箱实现快速励磁，使得所述快励磁磁阀式电抗器单元的响应速度达到1ms?20ms。
[0011 ] 上述动态无源调容调谐滤波补偿装置，其中，还包括阻容吸收电路，所述快励磁磁阀式电抗器单元通过所述阻容吸收电路实现快速退磁。
[0012]上述动态无源调容调谐滤波补偿装置，其中，所述无源补偿单元采用多个电容器并联组成的电容器组实现，其中至少一组电容器通过投切开关与所述供电系统连接；所述控制器通过所述电流电压采样单元采集到的高压侧的电流电压信号，快速计算系统无功功率、谐波和电压参数，并发出投切指令控制所述投切开关的分合闸。
[0013]与已有技术相比，本实用新型的有益效果在于:
[0014]-通过采样单元、快励磁磁阀式电抗器单元、无源调谐滤波单元的配合使用，实现对高压电网的无功快速响应，避免了过补现象，对供电系统谐波具有针对性吸收；
[0015]-相对于高压有源无功补偿装置和相控式高压动态无功补偿装置，生产成本较低，可以实现将近20年的基本免维护运行，可靠性高，大幅度降低维护维修成本，为用户节省了人力和物力；
[0016]-解决了电容器组补偿单元中电容器频繁投切现象，可以实时稳定电网电压，提高系统功率因数，降低线路损耗，治理谐波和改善电网供电质量；
[0017]-快速响应能力，响应速度最高可以达到1ms；
[0018]-适用各种工业用户运行工况，可有效抑制电压波动与系统振荡，改善负荷三相不平衡，增强高压电网的稳定性；
[0019]-占地面积小，安装方便，快励磁磁阀式电抗器单元采用油浸方式，整套设备可采用室外安装，自然冷却方式；
[0020]-在滤波电抗器容量、数量不改变的前提下，通过调节电容器组可调节无功功率和调谐点，降低器件成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0022]图1示出了本实用新型动态无源调容调谐滤波补偿装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]参照图1所示，本实用新型动态无源调容调谐滤波补偿装置包括电流电压采样单元1、快励磁磁阀式电抗器单元5、无源调谐滤波单元、电网负荷单元10、控制器2和供电系统，电流电压采样单元I连接控制器2，控制器2连接快励磁磁阀式电抗器单元5，快励磁磁阀式电抗器单元5、无源调谐滤波单元、电网负荷单元10相互并联且分别连接供电系统，无源调谐滤波单元包括相互串联的无源补偿单元和滤波电抗器9。
[0026]快励磁磁阀式电抗器单元5采用快速MCR技术，MCR(Magmetically Controlledshunt Reactors)为磁阀式电抗器,可动态连续输出感性无功功率,对需要无功补偿的位置按照最佳控制要求进行精确、动态、可靠的补偿性能，可确保任何运行工况下出现过补偿现象。MCR磁阀式电抗器为快速励磁系统，响应时间达到20ms以内，利用电容与电感的谐振现象，将电容内储藏的能量以谐振的方式快速搬运到铁芯中，实现快速励磁，并利用阻容吸收电路，快速吸收铁芯内多余的能量，实现快速退磁，可应用于风能发电、光能发电、轧机、电弧炉、煤矿提升机等冲击性、变化快的工况系统。
[0027]MCR磁阀式电抗器励磁系统配有三相隔离取电变压器，实现了对高压电网无功的快速响应，避免过补现象，且使得本动态无源调容调谐滤波补偿装置在无功功率输出的过程中可以调节调谐点，具体调节过程详见后续实施情况介绍。
[0028]控制器2通过励磁箱3连接快励磁磁阀式电抗器单元5，由于采用脉冲励磁、可控谐振等新的励磁调节手段，使得MCR快励磁磁阀式电抗器单元5的响应速度从原先的10ms?Is提高到10?20ms，输出感性容量可以达到Okvar?额定容量，从而满足了轧机、电弧炉等几乎所有冲击性负荷的无功补偿需求。按照图1中所示，励磁箱3采用电源4提供工作电源。
[0029]优选实施例中，无源补偿单元采用多个电容器并联组成的电容器组实现，其中至少一组电容器通过投切开关KM与供电系统连接，控制器2通过电流电压采样单元I采集到的高压侧的电流信号和电压信号，快速计算系统无功功率、谐波和电压参数，并发出投切指令控制投切开关KM的分合闸。电容器组采用优质的电力电容器，可靠性高、寿命长、损耗小、运行温升低，并配有电容器保护功能，电容器还配有放电装置，并配有外熔丝保护，可根据供电系统情况选配滤波电抗器，滤除非线性负荷及MCR系统本身所产生的少量谐波。本动态无源调容调谐滤波补偿装置将电容器组中部分电容器一次性固定投入，通过投切开关KM6(真空接触器)合分闸，使其他电容器组投入、切除，从而改变电容器组的无功补偿容量。
[0030]在本实用新型的优选实施例中，无源补偿单元采用电容组7和电容组8组成，其中，电容组7的进线通过投切开关KM与供电系统连接，出线与电容组8并联，滤波电抗器9即电感L，电容组7、电容组8和滤波电抗器9共同组成LC回路。
[0031]需要注意的是，图1中仅仅给出的是本实用新型无功补偿装置包括一个快励磁磁阀式电抗器单元5(无功发生单元)和一个无源补偿单元的结构示意图，但本领域的技术人员知道，本无功补偿装置的无源补偿单元的数量可根据需要适当调整，快励磁磁阀式电抗器单元5 (无功发生单元)容量可以根据系统的无功波动情况配置大小。
[0032]控制器2通过电流电压采样单元I检测电网负荷单元10 (非线性负荷)所在的系统电流、电压，实时计算系统电流、电压、谐波等电能情况，控制真空接触器6分合闸，从而改变容性无功大小输出，同时也改变了调谐点(无功输出大小及调谐点可通过控制器设置优先目标)。磁阀式电抗器为可控无功源，根据系统状况，进行主动式快速无功调节，有效抑制电压波动与系统振荡，改善负荷三相不平衡，增强系统稳定性。
[0033]快速MCR技术通过改变直流激磁进而改变铁芯的饱和程度，从而达到平滑调节无功输出的目的。普通MCR励磁用的是小功率可控硅，属于半控器件，一个正弦波(20ms)只能导通一次，而快速MCR利用电容与电感的谐振现象，将电容内储藏的能量以谐振的方式快速搬运到铁芯中，通过励磁箱3实现快速励磁。同时，快励磁磁阀式电抗器单元5通过阻容吸收电路实现快速退磁。
[0034]本实用新型装置实现对高压电网无功的快速响应及调容调谐的工作流程具体描述如下:
[0035]假设非线性负荷所连接的高压电网的电压为10kV，无功电容器组7输出容量为100kvar，无功电容器组8的输出容量也为100kvar，滤波电抗器9电感量为13.3mH，快励磁磁阀式电抗器单元5的输出感性容量为Okvar?2000kvar连续可调。电流电压采集单元I采集高压电网上的电压信号和电流信号并将采集到的电压信号和电流信号传输至控制器2，控制器2根据采集到的电压信号和电流信号计算该高压电网的无功需求量、谐波含量、电压大小等，并发出控制指令。
[0036]第一种情况，若控制器2根据该电压信号和电流信号计算高压电网的当前无功需求量为100kvar，系统存在大量5次谐波电流，当前无功电容器组8输出容量为lOOOkvar，与滤波电抗器9组成5次单调谐支路，250Hz频率谐波呈低阻抗，与电网阻抗形成分流的关系，可满足高压电网的无功需求量并吸收大量5及5次以上谐波。
[0037]第二种情况，若控制器2根据该电压信号和电流信号计算高压电网的当前无功需求量为500kvar，系统存在大量5次谐波电流，当前无功电容器组8输出容量为lOOOkvar，与滤波电抗器9组成5次单调谐支路，250Hz频率谐波呈低阻抗，与电网阻抗形成分流的关系，现存在过补偿500kvar现象，与此同时控制器2调节快励磁磁阀式电抗器单元5快速输出感性容量500kvar，平衡过补偿现象，可满足高压电网的无功需求量并吸收大量5及5次以上谐波。
[0038]第三种情况，若控制器2根据该电压信号和电流信号计算高压电网的当前无功需求量为2000kvar，系统存在大量4次谐波电流，当前无功电容器组8输出容量为lOOOkvar，再投入无功电容器组7，与滤波电抗器9组成3.6次单调谐支路，对于4次谐波呈低阻抗并可吸收部分4次以上谐波，与电网阻抗形成分流的关系，与此同时控制器2调节快励磁磁阀式电抗器单元5快速输出感性容量Okvar，可满足高压电网的无功需求量并吸收大量4次及4次以上谐波。
[0039]第四种情况，若控制器2根据该电压信号和电流信号计算高压电网的当前无功需求量为1500kvar，系统存在大量4次谐波电流，当前无功电容器组8的输出容量为lOOOkvar,再投入无功电容器组7，与滤波电抗器9组成3.6次单调谐支路，对于4次谐波呈低阻抗并可吸收部分4次以上谐波，与电网阻抗形成分流的关系，与此同时控制器2调节快励磁磁阀式电抗器单元5快速输出感性容量500kvar，可满足高压电网的无功需求量并吸收大量4次及4次以上谐波。
[0040]第五种情况，若控制器2根据该电压信号和电流信号计算高压电网的当前无功需求量为3000kvar，系统中存在大量5次谐波电流，当前无功电容器组8输出容量为lOOOkvar,再投入无功电容器组7，与滤波电抗器9组成3.6次单调谐支路，对于4次谐波呈低阻抗并可吸收部分4次以上谐波，与电网阻抗形成分流的关系，与此同时控制器2调节快励磁磁阀式电抗器单元5快速输出感性容量Okvar。此时无法满足高压电网对无功量的需求3000kvar。然而这时，输出的最大容性无功功率只有2000kvar，遇到这种情况时可以通过增大电容器容量或组数，以满足高压电网的无功需求量3000kvar。控制器2可设置无功补偿优先或滤波优先，如此可满足高压电网的无功需求量并吸收大量4次及4次以上谐波。
[0041]从上述实施例及数值结果可以看出，本实用新型的优势在于:
[0042]通过电流电压采样单元、快励磁磁阀式电抗器单元、无源调谐滤波单元的配合使用，实现对高压电网的无功快速响应，避免了过补现象，对供电系统谐波具有针对性吸收；相对于高压有源无功补偿装置和相控式高压动态无功补偿装置，生产成本较低，可以实现将近二十年的基本免维护运行，可靠性高，大幅度降低维护维修成本，为用户节省了人力和物力；解决了电容器组补偿单元中电容器频繁投切现象，可以实时稳定电网电压，提高系统功率因数，降低线路损耗，治理谐波和改善电网供电质量；快速响应能力，响应速度最高可以达到1ms ;适用各种工业用户运行工况，可有效抑制电压波动与系统振荡，改善负荷三相不平衡，增强高压电网的稳定性；占地面积小，安装方便，快励磁磁阀式电抗器单元采用油浸方式，整套设备可采用室外安装，自然冷却方式；在滤波电抗器容量、数量不改变的前提下，通过调节电容器组可调节无功功率和调谐点，降低器件成本；另外，相对于高压有源无功补偿装置和相控式高压动态无功补偿装置，本动态无源调容调谐滤波补偿装置具有结构简单、运行可靠、维护量少等优点，便于维护，为用户节省了大量的人力和物力。
[0043]以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。
【权利要求】
1.一种动态无源调容调谐滤波补偿装置，其特征在于，包括电流电压采样单元(I)、快励磁磁阀式电抗器单元(5)、无源调谐滤波单元、电网负荷单元(10)、控制器(2)和供电系统，所述电流电压采样单元(I)连接所述控制器(2)，所述控制器(2)连接所述快励磁磁阀式电抗器单元(5);所述快励磁磁阀式电抗器单元(5)、所述无源调谐滤波单元、所述电网负荷单元(10)相互并联且连接所述供电系统；所述无源调谐滤波单元包括相互串联的无源补偿单元和滤波电抗器(9)。
2.根据权利要求1所述动态无源调容调谐滤波补偿装置，其特征在于，所述快励磁磁阀式电抗器单元(5)采用快速MCR技术。
3.根据权利要求2所述动态无源调容调谐滤波补偿装置，其特征在于，所述控制器通过一励磁箱连接所述快励磁磁阀式电抗器单元(5)，所述快励磁磁阀式电抗器单元(5)通过所述励磁箱(3)实现快速励磁，使得所述快励磁磁阀式电抗器单元(5)的响应速度达到1ms ?20ms ο
4.根据权利要求3所述动态无源调容调谐滤波补偿装置，其特征在于，还包括阻容吸收电路，所述快励磁磁阀式电抗器单元(5)通过所述阻容吸收电路实现快速退磁。
5.根据权利要求1所述动态无源调容调谐滤波补偿装置，其特征在于，所述无源补偿单元采用多个电容器并联组成的电容器组实现，其中至少一组电容器通过投切开关(6)与所述供电系统连接；所述控制器(2)通过所述电流电压采样单元(I)采集到的高压侧的电流电压信号，快速计算系统无功功率、谐波和电压参数，并发出投切指令控制所述投切开关(6)的分合闸。
【文档编号】H02J3/18GK204012732SQ201420481690
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】张二敢 申请人:上海追日电气有限公司