濕法冶金作業過程中電能質量控制裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種濕法冶金作業過程中電能質量控制裝置及方法，大容量電解整流器連接在待補償母線上，電能質量控制裝置本體并聯在補償母線上，補償母線通過進線柜與待補償母線連接；信號檢測裝置、自動控制裝置、微機保護裝置和后臺監控系統分別與電能質量控制裝置本體連接。本發明針對濕法冶金系統大容量整流器所產生的特征諧波，采用電能質量控制裝置，各濾波支路能夠濾除對應的諧波，并且能夠動態的、快速的、連續的對無功功率進行補償，較現有方案有較高的性價比，具有良好的社會經濟效益，適于在濕法冶金系統推廣使用。
【專利說明】
濕法冶金作業過程中電能質量控制裝置及方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及電力系統自動化技術領域，具體是涉及一種濕法冶金作業過程中電能質量控制裝置及方法。
【背景技術】
[0002]有色金屬冶煉廠的生產規模日趨大型化，從而使得濕法冶金系統采用的電解整流設備容量不斷增大。進而使得電解整流設備產生的諧波，輸入企業自身配電系統及電網的問題尤為突出。大規模銅冶煉廠濕法冶金系統電解整流器通常采用雙反星形帶平衡電抗器的接線結構。為抑制幅值較高的較低次諧波，整流器通常制成12脈波的聯接方式。這樣12脈波的整流裝置產生11次、13次、23次等特征諧波，減少了幅值較高的5次、7次諧波。在電解槽面不作業時，5次、7次諧波電流值均未超出國家電能質量標準要求;但當電解槽面進行出、裝槽作業時，由于直流側負載的變化引起電解整流變交流側有載調壓開關檔位的升、降粗調變化，以及整流器可控硅觸發角度的細調變化，5次、7次諧波有持續30分鐘左右的突增階躍的變化，超出國家電能質量標準要求。在電解車間持續生產過程中，11次、13次諧波大電流均超出國家電能質量標準的要求。
[0003]這將導致電網中的諧波污染非常嚴重，惡化電網供電質量，并產生一系列的問題，如:電能傳輸和利用效率降低；電氣設備發熱嚴重，加速絕緣老化，降低使用壽命，甚至發生故障或燒毀;干擾通訊;保護開關誤動作等。
[0004]現有的濕法冶金系統主要采用無功補償裝置提高電能質量，其主要是將總補償容量的電容器分為多個電容器組，根據負荷大小自動投切電容器組，盡可能的達到無功平衡。在此模式下，若要得到較高的補償精度，就需要將總補償容量分成更多的組，這將造成設備投資增大，占地空間增大，設備可靠性降低等問題。
【發明內容】
[0005]本發明針對上述不足，提出了一種濕法冶金作業過程中電能質量控制裝置及方法，以實現電能質量各項指標性能優良，增強對環境適應能力，同時降低制造和維護成本。
[0006]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案實現。濕法冶金作業過程中電能質量控制裝置，大容量電解整流器與待補償母線連接，電能質量控制裝置本體與補償母線并聯，補償母線通過進線柜與待補償母線連接，信號檢測裝置、自動控制裝置、微機保護裝置和后臺監控系統分別與電能質量控制裝置本體連接;信號檢測裝置通過各檢測元件實時地檢測系統的電壓、電流及功率因數；自動控制裝置通過設定的目標值來控制電能質量控制裝置本體的運行;微機保護裝置通過采集到的電壓、電流保護信號對電能質量控制裝置本體進行保護;后臺監控系統對運行參數進行實時地監測、歷史數據查詢、分析；
所述電能質量控制裝置本體包括進線柜、5次濾波支路、7次濾波支路、11次濾波支路、13次及高通濾波支路、磁控電抗器支路和控制屏。進線柜、5次濾波支路、7次濾波支路、11次濾波支路、13次及高通濾波支路和磁控電抗器支路連接補償母線;控制屏通過控制電纜分別與進線柜、5次濾波支路、7次濾波支路、11次濾波支路、13次及高通濾波支路、磁控電抗器支路連接。
[0007]—種濕法冶金作業過程中電能質量控制裝置的控制方法，控制屏通過采集檢測到的電壓信號和電流信號，得出各濾波支路的投切規則，發出控制指令控制各濾波支路的投切開關，通過各濾波支路已配置好的分支電容和電抗串聯回路，對于需要濾除的相應頻率諧波電流提供低阻抗通道，吸收該諧波電流;并且，由于負載變化引起的無功功率及諧波電流治理支路容性負載的接入的總變化，通過控制屏內MCR(磁控電抗器)控制器對系統無功功率進行采集;通過自動控制晶閘管的導通角，改變鐵芯的磁飽和度，實現電抗值的連續可調，從而調節電抗器的輸出容量，中和電容器組的容性無功功率，使無功功率連續可調，實現無功功率的柔性補償。
[0008]本發明的濕法冶金作業過程中電能質量控制裝置及其控制方法，適于在濕法冶金系統的電能質量控制。
[0009]本發明的優點在于，通過控制屏的控制指令改變晶閘管的導通角，調節磁控電抗器鐵芯的磁飽和度，改變其輸出的感性無功功率，中和電容器組的容性無功功率，實現無功功率的連續可調。通過各濾波支路對系統諧波進行治理，并對基波進行無功補償。通過調節磁控電抗器的磁飽和度，實現電抗值的連續可調，從而調節電抗器的輸出容量，實現無功功率的柔性補償。控制屏采用全數字自動控制方法，在供電系統側由于負荷變化引起的無功功率變化及諧波電流治理支路容性負載的變化的情況下，仍具有良好的動態性能及穩定精度。對裝置設備的運行參數進行實時地監測、歷史數據查詢、分析。總之，本發明針對濕法冶金系統大容量整流器所產生的特征諧波，各濾波支路能夠濾除對應的諧波，并且能夠動態的、快速的、連續的對無功功率進行補償，較現有技術有較高的性價比，具有良好的社會經濟效益，適于在濕法冶金系統推廣使用。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的系統原理圖；圖2是本發明的一個實施例的系統結構示意圖；
圖中:I一大容量電解整流器，2—電能質量控制裝置本體，3—自動控制裝置，4一信號檢測裝置，5—微機保護裝置，6 —待補償母線，7—補償母線，8—后臺監控系統；
101-進線柜，102-5次濾波支路，103-7次濾波支路，104-11次濾波支路，105-13次及高通濾波支路，106-磁控電抗器支路，107-控制屏。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖1所示，其顯示了一種濕法冶金作業過程中電能質量控制的系統原理圖。其中濕法冶金系統的大容量電解整流器I連接在待補償母線6上，其在運行過程中將產生大量的諧波電源。電能質量控制裝置本體2并聯在補償母線7上，補償母線7通過進線柜101與待補償母線6連接。信號檢測裝置4通過各檢測元件實時地檢測系統的電壓、電流及功率因數。自動控制裝置3通過設定的目標值來控制電能質量控制裝置本體2的運行，以實現根據工況自動地進行電能質量控制。微機保護裝置5通過采集到的電壓、電流保護信號對電能質量控制裝置本體2進行保護。后臺監控系統8采用了多項先進軟件技術、軟件算法、以最優的軟件方案實現對本套系統裝置設備的運行參數進行實時地監測、歷史數據查詢、分析。
[0012]如圖2，詳細地顯示了電能質量控制裝置本體2的系統電路結構圖。電能質量控制裝置本體2包括進線柜101、5次濾波支路102、7次濾波支路103、11次濾波支路104、13次及高通濾波支路105、磁控電抗器支路106和控制屏107。
[0013]—種濕法冶金作業過程中電能質量控制裝置的控制方法，控制屏107通過采集檢測到的電壓信號和電流信號，得出各濾波支路的投切規則，發出控制指令控制各濾波支路的投切開關，通過已配置好的分支電容和電抗串聯回路，對于需要濾除的相應頻率諧波電流提供低阻抗通道，吸收該諧波電流;并且，由于負載變化引起的無功功率及諧波電流治理支路容性負載的接入的總變化，通過控制屏107內MCR控制器對系統無功功率進行采集;通過自動控制晶閘管的導通角，改變鐵芯的磁飽和度，實現電抗值的連續可調，從而調節電抗器的輸出容量，中和電容器組的容性無功功率，使無功功率連續可調，實現無功功率的柔性補償。
[0014]本發明由待補償母線6通過進線電源柜向補償母線7供電，并在補償母線7上設有5次濾波支路102、7次濾波支路103、11次濾波支路104、13次及高通濾波支路105和磁控電抗器支路106(MCR支路)，另配套有控制屏107。各濾波支路均包括有電容器和固定電抗器，投切開關連接在補償母線7上。通過采集到的電壓信號和電流信號，控制屏107發出控制指令控制投切開關，濾除對應的諧波;磁控電抗器MCR連接在補償母線7上，通過控制屏107的控制指令改變晶閘管的導通角，調節磁控電抗器支路106鐵芯的磁飽和度，改變其輸出的感性無功功率，中和電容器組的容性無功功率，實現無功功率的連續可調。
[0015]本發明采用了固定電容器組濾波支路和磁控電抗器支路106相結合的電能質量控制裝置本體2，通過各濾波支路對系統諧波進行治理，并對基波進行無功補償。當負載中無功功率發生變化時，通過調節磁控電抗器支路106的磁飽和度，實現電抗值的連續可調，從而調節磁控電抗器支路106的輸出容量，實現無功功率的柔性補償。
[0016]本發明所述的控制屏107采用全數字自動控制方法，使得電能質量控制裝置本體2在供電系統側由于負荷變化引起的無功功率變化及諧波電流治理支路容性負載的變化的情況下，仍具有良好的動態性能及穩定精度。
[0017]本發明配套后臺監控系統8，主要對本套系統裝置設備的運行參數進行實時地監測、歷史數據查詢、分析。
[0018]實施例:進線柜101包括進線電流互感器、電壓互感器、零序電流互感器。進線電流互感器和電壓互感器主要用于將電網電壓轉換為標準的二次電流和二次電壓，以便測控和保護裝置使用。電流互感器將系統高壓側的電流轉換為5A的標準二次電流；電壓互感器將系統高壓轉換成100V的標準二次電壓。當電路中發生觸電或漏電故障時，零序電流互感器二次側輸出零序電流，向微機保護裝置5發出信號，微機保護裝置5根據該信號向斷路器發出跳閘指令，從而將故障部分隔離，保護人身和設備安全。
[0019]各次濾波支路(5次、7次、11次和13次及高通濾波支路102?105)包括若干投切開關、濾波電容器組、濾波電抗器、放電線圈和氧化鋅避雷器。自動控制裝置3可以根據信號檢測裝置4采集到的電網各項參數值來實時控制投切對應的斷路器，從而控制投入的濾波電容器組和濾波電抗器的數量。濾波電容器組和濾波電抗器組成諧振電路，使其在規定的頻率點上諧振，濾除特定的高次諧波，同時可以實現系統的無功補償及限制電容器組投入電網時的浪涌電流。放電線圈與并聯電容器連接，使電容器組從系統中切除后的剩余電荷迅速泄放。氧化鋅避雷器能夠很好地起到泄流和開斷的作用。
[0020]磁控電抗器支路106通過控制可控硅的控制角進行自動調節磁控電抗器的磁飽和度，改變其輸出感性無功功率，中和電容器組的容性無功功率，使無功功率的連續可調，真正實現柔性補償。
[0021]控制屏107根據實時檢測的系統電壓、電流及功率因數，根據與設定的目標功率因數實時控制各濾波支路的投切開關，同時控制調整磁控電抗器的參數，使裝置既能濾除諧波又能兼做無功補償。
【主權項】
1.濕法冶金作業過程中電能質量控制裝置，大容量電解整流器與待補償母線連接，電能質量控制裝置本體與補償母線并聯，補償母線通過進線柜與待補償母線連接，其特征在于，信號檢測裝置、自動控制裝置、微機保護裝置和后臺監控系統分別與電能質量控制裝置本體連接;信號檢測裝置通過各檢測元件實時地檢測系統的電壓、電流及功率因數；自動控制裝置通過設定的目標值來控制電能質量控制裝置本體的運行;微機保護裝置通過采集到的電壓、電流保護信號對電能質量控制裝置本體進行保護；后臺監控系統對運行參數進行實時地監測、歷史數據查詢、分析； 所述電能質量控制裝置本體包括進線柜、5次濾波支路、7次濾波支路、11次濾波支路、13次及高通濾波支路、磁控電抗器支路和控制屏;進線柜、5次濾波支路、7次濾波支路、11次濾波支路、13次及高通濾波支路和磁控電抗器支路連接補償母線;控制屏通過控制電纜分別與進線柜、5次濾波支路、7次濾波支路、11次濾波支路、13次及高通濾波支路、磁控電抗器支路連接。2.—種如權利要求1所述的裝置的電能質量控制方法，其特征在于，控制屏通過采集檢測到的電壓信號和電流信號，得出各濾波支路的投切規則，發出控制指令控制各濾波支路的投切開關，通過各濾波支路已配置好的分支電容和電抗串聯回路，對于需要濾除的相應頻率諧波電流提供低阻抗通道，吸收該諧波電流;并且，由于負載變化引起的無功功率及諧波電流治理支路容性負載的接入的總變化，通過控制屏內MCR(磁控電抗器)控制器對系統無功功率進行采集;通過自動控制晶閘管的導通角，改變鐵芯的磁飽和度，實現電抗值的連續可調，從而調節電抗器的輸出容量，中和電容器組的容性無功功率，使無功功率連續可調，實現無功功率的柔性補償。3.根據權利要求1或2所述的濕法冶金作業過程中電能質量控制裝置及控制方法，其特征在于，適用于在濕法冶金系統的電能質量控制。
【文檔編號】H02J3/01GK106026131SQ201610549838
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月14日
【發明人】喻仁盛, 黃薇, 陳偉光, 劉文勝, 李鳳周
【申請人】江西瑞林電氣自動化有限公司