CN102810867A - 基于磁控电抗器的动态无功补偿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于磁控电抗器的动态无功补偿系统，所述的系统包括用于无功补偿及谐波滤波的无源滤波器FC和用于平衡感性负载的磁控电抗器MCR；高度的可靠性，可以实现20年的基本免维护运行，大幅度降低维护、维修成本；快速响应能力，响应速度可以达到20ms；调节范围大，可以达到100倍以上的调节范围；占地面积小，安装方便，设备采用油浸方式，自然冷却；谐波小，对电网无污染，对现有电容器组无任何不良影响，便于改造场合充分利用现有设备；过载能力强，可实现100％过载30秒，40％过载半小时；损耗小，大容量MCR，损耗小于0.5％，一般可以实现0.8-1.5％；过压能力强，限压能力好，具有天然的自动限压能力；对环境及人体无电磁污染。
Description
技术领域
本发明是涉及一种电网和输变电设备节能控制领域，特别是一种对高压动态可控无功补偿的基于磁控电抗器的无功补偿系统。
背景技术
目前，无功补偿的主要装置是电容器、电抗器和少量的动态无功补偿装置。开关(断路器)投切电容器、电抗器组的调节方式是离散的，只能分组投切，并且受到变压器容量限制，不能频繁操作和取得理想的补偿效果。开关投切电容所造成的涌流和过电压对系统和设备本身都十分有害。现有相控电抗器动补装置不仅价格贵，而且占地面积大、结构复杂，可靠性不高。相控电抗器类型的无功补偿装置的可控硅阀处于设备的高压侧，需经变压器降压使用。这几年国家逐渐重视电能质量，而且，随着我国电网电压等级的提高、电网传输距离的不断加长，对高电压动态可控无功补偿成套装置的需求将会成倍增长。市场前景良好。另外，国内风电装机容量逐年增加，动态可控无功补偿成套装置是风电无功补偿的最优设备，对本项目的研究在风电市场也将大有前途。
发明内容
本发明的目的主要针对现有技术的缺点，提供一种能动态的无功功率补偿及谐波滤波，抑制电压闪变，提高用电设备的有功输出的系统。
本发明的技术方案为：一种基于磁控电抗器的动态无功补偿系统，所述的系统包括用于无功补偿及谐波滤波的无源滤波器FC和用于平衡感性负载的磁控电抗器MCR；所述的无源滤波器FC设置有与用电设备线路相接的滤波电抗器和滤波电容器；所述的磁控电抗器MCR为三相磁控电抗器，包括电抗器绕组C、整流可控硅控制器B以及触发控制器A；每相电控器绕组由L1-L6组成，整流可控硅控制器B由可控硅T1、T2、二极管D、电容C1、C2、C3、电阻R1、R2、R3组成，触发控制器A由控制系统，与控制系统相接的信号采集处理单元、显示器、通讯接口以及触发信号发生器；其中，L1和L5线头并接，L4和L6线尾并接，L1、L2的中间抽头接可控硅T1的阳极形成整流电路，L2的尾端、L6的首端并接续流二极管D的正极，L3的首端、L5的尾端并接续流二极管D的负极和可控硅T1、T2的阴极，电容、电阻C1、R1，C2、R2，C3、R3分别接可控硅T1、T2的阴极阳极和二极管D的正负极，可控硅T1、T2的控制机分别接触发信号发生器的输出端。
优选的是：所述的无源滤波器FC包括设置于用电设备线路火线、地线上的电抗器和电容器，设置于零线上的电容器。
优选的是：所述的电控器的铁芯设置为并列两排，每排设置有三个。
优选的是：所述的信号采集处理单元包括外接线路电压检测单元、用电设备线路电压检测单元、外接线路电流检测单元以及用电设备线路电流检测单元。
优选的是：所述的外接线路电压检测单元、用电设备线路电压检测单元、外接线路电流检测单元以及用电设备线路电流检测单元分别设置有依次相接的信号采集单元、隔离与调理模拟量模块A/D转换模块，A/D转换模块将信号传输至控制系统。
本发明的有益效果为：本发明动态无功补偿成套装置包括用于无功补偿及谐波滤波的无源滤波器FC和用于平衡感性负载的磁控电抗器MCR，可使设备随着负载的变化自动快速连续调节补偿容量，使功率因数保持在0.98以上，能动态的无功功率补偿及谐波滤波，抑制电压闪变，提高用电设备的有功输出。控制系统采用先进的微机智能控制，根据系统运行工况，可实现定阻抗、系统电压、无功和电压无功综合四种控制模式，控制系统具备上传通信功能，实现无人值守遥测、遥控。可快速有效地对系统电压和无功进行调节，实现动态逆调压。其中，FC主要由滤波电容器，滤波电抗器构成，精密调谐后可使滤波器对某一频率的高次谐波电流呈现低阻抗，从而起到就地吸收谐波电流的目的。在运行中和谐波电源并联，除起到滤除谐波、改善电能质量的作用外，还可以通过向系统输送容性无功，起到调整网络电压、降低线路损耗、提高供配电设备使用效率的作用。MCR采用了小截面铁心和极限磁饱和技术。电抗器中间两工作铁心分别有小截面段，在整个工作过程中，大截面铁心段始终不饱和，仅小截面段饱和，且饱和的程度很高，工作磁密达2.5T以上(对于冷轧硅钢片一般磁饱和密度为1.8T左右)。铁心磁化曲线中间部分为未饱和线性区，左、右两边为极限饱和线性区。若使电抗器工作在极限饱和线性区，不仅可以减小谐波含量，同时亦能降低铁心磁滞损耗。可控电抗器由两组变压器串联形成，副方控制绕组串接方式与原方相反，以相互抵消一次侧工频电压的影响。改变直流电压及相应的回路控制电流大小，以调节铁心磁饱和程度，达到改变电抗器输出电流的目的。由于可控硅接于控制绕组抽头之间，其上电压很小，仅为系统额定电压的0.5％左右，保证了运行可靠性。当可控电抗器主绕组接至电源电压时，在可控硅、两端感应出1％左右电源电压的电压。电源电压正半周触发导通可控硅，形成等效电路，在回路中产生控制电流；电源电压负半周期间触发导通可控硅，形成等效电路，在回路中产生控制电流，一个工频周期轮流导通和，产生的直流控制电流和，使电抗器工作铁心饱和，输出电流增加。可控电抗器输出电流大小取决于可控硅控制角，越小，产生的控制电流越强，从而电抗器工作铁心磁饱和度越高，输出电流越大。因此，改变可控硅控制角，可平滑调节电抗器容量。本发明改变了以前滤波成套装置不可线性调节的弊端，可动态平衡负载，快速补偿容量。本发明采用了创新的双三柱铁芯形式。由原来的单列六柱改为并列双三柱，不仅节省了材料，减小了设备的尺寸，而且，使磁场分布有了很大的改善。
总之，本发明具有以下创新：
1.高度的可靠性，可以实现20年的基本免维护运行，大幅度降低维护、维修成本；
2.快速响应能力，响应速度可以达到20ms；
3.调节范围大，可以达到100倍以上的调节范围；
4.占地面积小，安装方便，设备采用油浸方式，自然冷却；
5.谐波小，对电网无污染，对现有电容器组无任何不良影响，便于改造场合充分利用现有设备；
6.过载能力强，可实现100％过载30秒，40％过载半小时；
7.损耗小，大容量MCR，损耗小于0.5％，一般可以实现0.8-1.5％；
8.过压能力强，限压能力好，具有天然的自动限压能力；
9.对环境及人体无电磁污染。
附图说明
图1为本发明的原理图
图2为本发明A相电抗器的原理框图
图3为信号采集单元的原理框图
具体实施方式
下面参照说明书附图对本发明做以下详细的说明：
一种基于磁控电抗器的动态无功补偿系统，所述的系统包括介于用电设备线路上的用于无功补偿及谐波滤波的无源滤波器FC和用于平衡感性负载的磁控电抗器MCR；
所述的无源滤波器FC设置有与用电设备线路相接的滤波电抗器和滤波电容器；所述的无源滤波器FC包括设置于用电设备线路火线、地线上的电抗器LH1、LH2和电容器C1、C2，设置于零线上的电容器C3。
所述的磁控电抗器MCR为三相磁控电抗器，包括电抗器绕组C、整流可控硅控制器B以及触发控制器A；每相电控器绕组由L1-L6组成，整流可控硅控制器B由可控硅T1、T2、二极管D、电容C1、C2、C3、电阻R1、R2、R3组成，触发控制器A由控制系统，与控制系统相接的信号采集处理单元、显示器、通讯接口以及触发信号发生器；所述的信号采集处理单元包括外接线路电压检测单元、用电设备线路电压检测单元、外接线路电流检测单元以及用电设备线路电流检测单元；所述的外接线路电压检测单元、用电设备线路电压检测单元、外接线路电流检测单元以及用电设备线路电流检测单元分别设置有依次相接的信号采集单元、隔离与调理模拟量模块A/D转换模块，A/D转换模块将信号传输至控制系统；
其中，L1和L5线头并接，L4和L6线尾并接，L1、L2的中间抽头接可控硅T1的阳极形成整流电路，L2的尾端、L6的首端并接续流二极管D的下极，L3的首端、L5的尾端并接续流二极管D的负极和可控硅T1、T2的阴极，电容、电阻C1、R1，C2、R2，C3、R3分别接可控硅T1、T2的阴极阳极和二极管D的正负极，可控硅T1、T2的控制机分别接触发信号发生器的输出端。
所述的电控器的铁芯设置为并列两排，每排设置有三个。
工作过程如下：高压侧电压经过主变压器T1后变为低压侧用电设备线路，FC主要由滤波电容器，滤波电抗器构成，精密调谐后可使滤波器对某一频率的高次谐波电流呈现低阻抗，从而起到就地吸收谐波电流的目的。外接线路的电压经过检测接口转化成低压信号Ua1，Ub1，Uc1，外接线路的电流经过检测接口转化成电流信号Ia1、Ib1、Ic1，用电设备的电压经过检测接口转化成低压信号Ua2、Ub2、Uc2，用电设备的电流经过检测接口转化成电流信号lag，Ib2，Ic2；上述各种信号输入到控制系统进行滤波、放大，转换成控制系统可接受信号，通过分析处理、模数转换，计算出系统需要的无功功率补偿量、各次谐波含量等参数；控制系统根据计算结果输出可控硅控制信号，经过触发信号发生器发出触发脉冲信号以改变整流控制器B中可控硅T1、T2的导通角a；电源电压正半周触发导通可控硅T1，在回路中产生励磁电流；电源电压负半周触发导通可控硅T2，在回路中产生励磁电流；一个周期内电源电压轮流触发导通可控硅T1，T2，经过二极管D续流产生连续的励磁电流；励磁电流的大小取决于可控硅控制导通角a的大小，a越小产生的励磁电流越大，使电抗器铁心的磁化程度加强，电抗器电抗值变小而输出电流变大；a越大产生的励磁电流越小，使电抗器铁心的磁化程度减弱，电抗器电抗值变大而输出电流变小；由此实现了通过改变可控硅T1、T2控制导通角a，可以平滑调节电抗器的容量，并且可以根据设定铁芯的磁化程度以满足电抗器对调节速度的要求。
Claims (5)
1.一种基于磁控电抗器的动态无功补偿系统，其特征在于：所述的系统包括用于无功补偿及谐波滤波的无源滤波器FC和用于平衡感性负载的磁控电抗器MCR；所述的无源滤波器FC设置有与用电设备线路相接的滤波电抗器和滤波电容器；所述的磁控电抗器MCR为三相磁控电抗器，包括电抗器绕组C、整流可控硅控制器B以及触发控制器A；每相电控器绕组由L1-L6组成，整流可控硅控制器B由可控硅T1、T2、二极管D、电容C1、C2、C3、电阻R1、R2、R3组成，触发控制器A由控制系统，与控制系统相接的信号采集处理单元、显示器、通讯接口以及触发信号发生器；其中，L1和L5线头并接，L4和L6线尾并接，L1、L2的中间抽头接可控硅T1的阳极形成整流电路，L2的尾端、L6的首端并接续流二极管D的正极，L3的首端、L5的尾端并接续流二极管D的负极和可控硅T1、T2的阴极，电容、电阻C1、R1，C2、R2，C3、R3分别接可控硅T1、T2的阴极阳极和二极管D的正负极，可控硅T1、T2的控制机分别接触发信号发生器的输出端。
2.如权利要求1所述的基于磁控电抗器的动态无功补偿系统，其特征在于：所述的无源滤波器FC包括设置于用电设备线路火线、地线上的电抗器和电容器，设置于零线上的电容器。
3.如权利要求1或2所述的基于磁控电抗器的动态无功补偿系统，其特征在于：所述的电控器的铁芯设置为并列两排，每排设置有三个。
4.如权利要求1或2所述的基于磁控电抗器的动态无功补偿系统，其特征在于：所述的信号采集处理单元包括外接线路电压检测单元、用电设备线路电压检测单元、外接线路电流检测单元以及用电设备线路电流检测单元。
5.如权利要求4所述的基于磁控电抗器的动态无功补偿系统，其特征在于：所述的外接线路电压检测单元、用电设备线路电压检测单元、外接线路电流检测单元以及用电设备线路电流检测单元分别设置有依次相接的信号采集单元、隔离与调理模拟量模块、A/D转换模块，A/D转换模块将信号传输至控制系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121205 |