專利名稱：一種低壓動態無功補償裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用于供電電壓波形嚴重畸變、電壓波動大 或負荷含有高次諧波的場合，諸如軋制金屬材料工廠的主軋機傳動系 統和礦山豎井卷揚機傳動系統或具有類似負荷性質的直接配電低壓
(< 1000V)母線上，進行諧波濾波和快速無功功率補償的動態無功
補償裝置。
背景技術：
接入交流電網(6kV, 10kV， 35kV電壓等級等)的工業負載，尤 其是礦山豎井巻揚機傳動系統和軋制金屬材料工廠的軋機系統，其直 流傳動裝置是普遍釆用6相或12相變流器，傳動裝置變流器在工作 過程中會產生6k±l或12k±l次諧波(k為正整數)，對電網產生污 染。由于礦山豎井巻揚機起動時和軋機軋制時的無功沖擊引起的電壓 波動會影響其他用電設備的正常工作，要消除電壓波動必須對無功功 率進行補償。同時，變流器低功率因數需要補償無功功率。為了解決
類似場合的諧波污染和無功功率補償問題，目前國內 一般采用的是 1、中國專利說明書CN99109784.X描述的無觸點開關無功功率 補償裝置，是TSR+FC方案。TSR是晶閘管控制電抗器TCR的一個特 例，晶閘管要么全導通，要么全關閉。該裝置由電感和電容構成的某 次諧波濾波器、相同規格的晶閘管反并聯構成的開關電感和電子控制 電路組成，濾波器和開關電感并聯接入同一母線。該專利適用于供電 電壓波形畸變嚴重或負荷含有豐富諧波的場合，可以應用10kV或更
高電壓等級電網上。該專利能進行有級快速補償，提高功率因數；晶 閘管反并聯構成的開關電感(TSR)，晶閘管要么全導通，要么全關閉。
電流波形為正弦波，因此，自身不產生諧波。其缺點是當用于10kV
及其以上的電力系統時，由于晶閘管自身的局限，晶閘管要串聯，一 旦晶閘管串中的某個晶閘管被擊穿，全部系統電壓就加到其它幾只晶 閘管上，造成其它晶閘管擊穿而引起晶鬧管串擊穿。由晶閘管反并聯
構成的開關電感(TSR)為系統提供的無功功率是有級可調。在負荷
波動較小時，無功功率補償很難選擇，會造成開關電感投上欠補，切 除又過補的現象發生。不能為電網提供連續可調的無功功率。目前，
此技術方案應用于10kV及其以上的電力系統時會造成本增加，實施 會造成一定的難度。
2、安裝靜止型動態無功補償裝置(SVC),即TCR+FC方案。冶金 工業負載通常是軋機或者是電弧爐，這種非線性負荷在生產過程中會 產生大量的高次諧波經母線、變壓器流入電網和負載，造成諧波公害。 中國專利說明書CN02152793.8描述的用于補償工業負載無功功率 消耗的方法和裝置就是這種方案(SVC)，它包括用于可控無功功率消 耗的第一套補償裝置(TCR)和用于產生無功功率的第二套補償裝置 (FC)，兩個裝置都同負載并聯到交流電網(6kV 35kV母線)上。 第一套補償裝置(TCR)是晶閘管控制電抗，通常是以三角形接法相 互連接的，第二套補償裝置包括用于多個相互并聯的濾波器。控制系 統由電壓檢測裝置和電流檢測裝置以及控制裝置組成，控制裝置釆樣 電流電壓信號，經計算母線的無功功率后得到對應的移相控制角ot來 調節母線無功功率。該裝置能快速調節電網無功功率，提高電力系統 的靜態和動態穩定性，改善電壓波動和電壓閃變。但是安裝這種靜止 型動態無功補償裝置(SVC)的缺點是控制系統復雜，晶閘管要串 聯， 一旦晶閘管串中的某個晶閘管被擊穿，全部系統電壓就加到其它
幾只晶閘管上，造成其它晶閘管擊穿而引起晶閘管串擊穿，晶閘管控 制電抗器本身是一個很大的諧波源。另外，安裝靜止型動態無功補償 裝置(SVC)價格昂貴。
3、安裝一種如中國專利說明書CN200620165010. 1描述的動靜 態組合式電力濾波裝置。它包括無源電力濾波裝置FC、分段式晶閘 管控制電抗器和控制系統，其中FC接在變電站高壓母線上，其結構 要點是分段式晶閘管控制電抗器包括"-%個由晶閘管投切電抗器 TSR和%個晶閘管控制電抗器TCR,并分別接在與母線并聯的整流變 壓器低壓側。它在一定程度上克服了 TSR+FC方案不能連續調節無功 功率的不足，控制系統相對簡單，不需要晶閘管串聯以提高電壓等級， 控制了投資成本，但由于FC接在變電站6kV 10kV母線上，不能就 地進行無功補償和諧波濾波，同時過多釆用TSR裝置使設備繁瑣且不 能真正意義的連續調節無功功率。
實用新型內容
本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種低壓動態 無功補償裝置，它不僅控制系統簡單可靠、成本低、而且能就地進行 無功補償和諧波濾波，并能真正連續調節無功功率。
為實現所述的目標，本實用新型低壓動態無功補償裝置包括無源 電力濾波裝置FC、晶閘管控制電抗器TCR和控制系統，即TCR + FC 型，其結構要點是無源電力濾波裝置FC和晶閘管控制電抗器TCR
都同負載一起并聯接在整流變壓器低壓二次側或具有類似負荷性質 的直接配電低壓(《IOOOV)母線上。
本實用新型與現有技術相比其優點效果如下
1、由于在整流變壓器低壓二次側或直接配電低壓(《IOOOV)母 線上安裝了無源電力濾波裝置(FC)，可以使負荷所需的感性無功功
率在整流變壓器低壓二次側就地補償，即負荷所需的感性無功功率不 通過(或絕大部分不通過)整流變，從而提高整流變的出力。同時， 可以使高次諧波就地吸收，傳動裝置中的電力電子器件等非線性負荷
工作時產生的大量諧波電流就不需要通過整流變壓器，因為TCR+FC
型低壓無功補償裝置中的濾波器已經在整流變壓器低壓二次惻提供 了高次諧波電流的通道，從而減少了整流變壓器的諧波損耗，降低整 流變壓器的電磁振動和噪聲。換言之，低壓動補大大減輕了整流變的 負擔，可以延長整流變的使用壽命。
2、 由于TCR安裝在整流變壓器的低壓二次側或直接配電低壓(《 1000V)母線上，工作電壓低(《IOOOV)，不需要晶閘管串、并聯， 降低了成本，控制系統簡單可靠，提高了裝置的穩定性和可靠性；又 由于整流變壓器是現成的設備，不需要另外加裝降壓變壓器，大大地 節約了投資成本。
3、 該TCR+FC型低壓無功補償裝置可以按照負荷的無功變化快
速調節相控電抗器的感性無功輸出，來抑制整流變壓器低壓二次側或 直接配電低壓(《IOOOV)母線上的電壓波動，從而穩定電動機的出 力。低壓動補在解決了整流變壓器低壓二次側或直接配電低壓(< 1000V)母線上電壓波動問題的同時，也一并解決了高壓母線的電壓 波動問題。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說
明
圖1為本實用新型(TCR + FC)型低壓動態無功補償裝置用于軋 制金屬材料工廠的主軋機傳動系統整流變壓器低壓二次側無功功率 補償和諧波濾波的實施例的方框圖形式。
具體實施方式
圖1給出了本實用新型(TCR + FC)型低壓動態無功補償裝置用
于軋制金屬材料工廠的主軋機傳動系統整流變壓器低壓二次側無功 功率補償和諧波濾波的實施例子，該裝置包括一套接在傳動系統整流
變壓器ZB低壓二次側上用于吸收諧波和無功補償的無源電力濾波裝 置(FC) 1， 一套接在傳動系統整流變壓器ZB低壓二次側用于快速吸 收無功功率的晶閘管控制電抗器(TCR) 2，以及一套控制系統3。控 制系統3高壓電壓電流信號輸入端接在整流變壓器ZB高壓一次側電 壓互感器PT1和電流互感器CTl,控制系統3低壓電壓電流信號輸入 端接在整流變壓器ZB低壓二次側電壓互感器PT2和電流互感器CT2, 控制系統3集無功信號采集、運算、調節，以及晶閘管脈沖觸發和系 統保護等功能于一體。無源電力濾波裝置(FC) 1固定接入低壓母線 5上，其產生的容性無功相對不變。當軋機負載4無功功率發生變化 時，控制系統3采樣整流變壓器ZB高壓一次側PT1和CT1的電壓、 電流信號，以及整流變壓器ZB低壓二次側PT2和晶閘管控制電抗器 (TCR) 2回路內CT2的電壓、電流信號，來計算無功功率，與設定 的無功功率比較得控制信號，調節晶閘管觸發脈沖的角度，改變低壓 側晶閘管控制電抗器(TCR) 2吸收的感性無功。從而實現本實用新 型所述的快速動態補償無功功率、提高功率因數和諧波濾波的功能。 本實用新型的低壓動態無功補償裝置是這樣實施的 接在傳動系統整流變壓器ZB低壓二次側上用于吸收諧波和無功 補償的無源電力濾波裝置(FC) l是根據負載所產生的特征諧波和非 特征諧波次數分別設計為某次諧波串聯諧振回路，而形成對某次諧波 的低阻抗通道，達到吸收諧波的目的。傳動系統的整流變壓器ZB通 常是6相整流或等效12相整流，產生諧波次數為(6K ± 1 )次或為(12K
±1)次。通常設計無源電力濾波裝置(FC) 1分為H5, H7， Hll， H13 等濾波支路。無功功率補償容量是按照低壓母線上計算負荷并充分考 慮到諧波補償容量而確定的。
在整流變壓器ZB的低壓二次側接入晶閘管控制電抗器(TCR) 2， 可以快速動態連續調節無功功率。其控制角oc在90°和180。之間變化， 控制系統通過采集整流變壓器ZB高壓一次側PT1和CT1的電壓、電 流信號，計算該整流變總的無功功率，與設定的無功功率進行比較， 當檢測到總的無功功率出現倒送時(即為容性Qc時)，此時軋機空載， 控制系統3發出指令，減小觸發角a (90°< oc《180°)來控制TCR裝 置增大吸收感性無功功率，與無源電力濾波裝置(FC) 1固定的容性 無功相平衡。當檢測到總的無功功率為感性無功時，此時軋機負載4 工作，控制系統3發出指令，增大觸發角a (90°<(1<180°)來控制 TCR裝置減小吸收感性無功功率，使無源電力濾波裝置(FC) 1固定 的容性無功用來補償負荷所需要的感性無功，抑制電壓波動，最終使 功率因數達到0.95以上。
因此，本實用新型低壓動態無功補償裝置(TCR + FC型)和現有 技術相比，系統簡單可靠，而且投資省，特別適合于軋制金屬材料工 廠的主軋機傳動系統和礦山豎井卷揚機傳動系統或具有類似負荷性 質的傳動系統直接配電低壓(《IOOOV)母線上用于快速無功功率補 償、抑制電壓波動、進行諧波濾波和提高功率因數。
權利要求1、一種低壓動態無功補償裝置，包括無源電力濾波裝置FC(1)、晶閘管控制電抗器TCR(2)和控制系統(3)，即TCR+FC型，其特征在于所述的無源電力濾波裝置FC(1)和晶閘管控制電抗器TCR(2)與負載(4)一起并聯接在整流變壓器ZB低壓二次側的母線上。
2、 根據權利要求l所述的低壓動態無功補償裝置，其特征在于: 所述的無源電力濾波裝置FC (1)和晶閘管控制電抗器TCR ( 2 )與負 載(4) 一起并聯還可以接在具有類似負荷性質的直接配電低壓母線 上。
專利摘要本實用新型公開了一種低壓動態無功補償裝置，該裝置包括無源電力濾波裝置FC(1)、晶閘管控制電抗器TCR(2)和控制系統(3)，即TCR+FC型，其結構要點是無源電力濾波裝置FC(1)和晶閘管控制電抗器TCR(2)與負載(4)一起并聯接在整流變壓器ZB低壓二次側或具有類似負荷性質的直接配電低壓(≤1000V)母線(5)上。本實用新型能克服現有技術的不足，系統簡單可靠、成本低、特別適合于軋制金屬材料工廠的主軋機傳動系統和礦山豎井卷揚機傳動系統等場合上快速無功功率補償、抑制電壓波動、諧波濾波和提高功率因數。
文檔編號H02J3/01GK201185347SQ20082003297
公開日2009年1月21日 申請日期2008年3月17日 優先權日2008年3月17日
發明者華 夏, 張南林, 林 申, 章學勝, 蔣為平, 郭智文 申請人:中冶華天工程技術有限公司