CN102148503A - 电能质量自动调控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能质量自动调控装置。它由测控电路及并联连接的直流励磁可控饱和电抗器(9)、谐波滤波通道(24)、电容器补偿组件(11)和电压平衡调节部件(18)构成，其中，直流励磁可控饱和电抗器(9)的电抗线圈(91)与谐波滤波通道(24)并联、励磁线圈(92)与可控直流励磁电源(6)输出端电连接，测控电路的输出端分别与可控直流励磁电源(6)、第一投切部件(15)和第二投切部件(21)的控制端电连接，用于根据检测出的变化量来分别控制励磁线圈(92)的励磁电流、电容器补偿部件(12)和电压平衡调节部件(18)的投切。它能自动调节电网的功率因数、进行无功补偿、滤除谐波和消除三相不平衡，可广泛地用来确保电能的质量。

Description

电能质量自动调控装置

技术领域

本发明涉及一种调控装置，尤其是一种电能质量自动调控装置。

背景技术

电能是当今最重要的能源形式，随着我国经济及科技的飞速发展和人民生活水平的迅速提高，各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及，各电力用户对电网的安全稳定及电能质量都提出了更高的要求。

随着科学的进步，现代电力系统中的用电负荷结构也发生了重大的变化，诸如半导体整流器、晶闸管调压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路、家用电器等负荷的迅速发展，由于其非线性、冲击性以及其不平衡的用电特征，使电网的电压波形发生畸变而引起电压波动和闪变及三相不平衡，甚至引起系统频率波动等，对供电电能质量造成严重的干扰或“污染”。一旦出现电能质量问题，轻则造成设备故障，重则造成整个系统的瘫痪，由此带来的损失是难以估量的。

目前，人们为了消除或降低电能质量问题对用户电气设备的正常运行和电网输电效率的影响，常用的做法之一是在电网中使用各种可调谐滤波装置，如在2006年2月1日公告的中国实用新型专利说明书CN 2755839Y中提及的一种“基于裂芯式或磁阀式可控电抗器的部分可调谐滤波装置”。它意欲提供一种结构相对简单、成本低、易实现的可改善无源滤波器的性能，能在一定范围内连续调节电感值，保持滤波器在谐振点附近工作，消除频偏造成的失谐等影响的部分可调谐滤波装置。该装置由主电抗器、滤波电容器构成滤波支路，在滤波支路中串接裂芯式或磁阀式可控电抗器，在滤波支路两端通过电压互感器和电流互感器接有由带通滤波器、相差检测电路、用于消除静态误差的PI调节电路和晶闸管触发电路构成的裂芯式或磁阀式可控电抗器控制器。当电网中出现谐波时，由电压互感器和电流互感器及其后续电路组成的测控电路从系统的电压和电流信号中提取谐波电压、电流信号，并得到滤波支路的电压、电流信号；然后通过相位检测电路比较滤波支路电压的谐波分量与电流的谐波分量的相位，将相位送入PI调节电路；之后，PI调节电路输出提供晶闸管触发电路的控制电压，再控制裂芯式或磁阀式可控电抗器的工作，从而使滤波器始终工作在某个固定点谐振，起到了滤除谐波的作用，改善了无源滤波器的性能，同时，滤波器中的电容器还起到了无功补偿作用，提高了功率因数。但是，这种部分可调谐滤波装置存在着不足之处，首先，仅能对电网中出现的谐波进行滤除，且滤除的谐波的范围和强度均有限，不能对电网中出现的其它电能质量问题，如功率因数过低、因电压波形发生畸变而引起电压波动和闪变、三相不平衡等问题进行有效地解决；其次，裂芯式或磁阀式可控电抗器的结构复杂，不仅其铁芯的形状复杂，绕组的连接关系也复杂，从而大大地增加了制作加工的工艺复杂性，使生产成本难以降低；再次，裂芯式或磁阀式可控电抗器的励磁电压随电网电压的波动而波动，致使励磁不稳定，影响了其可调节的精度和稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种能对电网中出现的功率因数过低、谐波、三相不平衡和因电压波形发生畸变而引起的电压波动和闪变问题进行调节、滤除和消除的电能质量自动调控装置。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：电能质量自动调控装置包括磁阀式电抗器和与其电连接的测控电路，以及谐波滤波支路，特别是，

所述磁阀式电抗器与所述谐波滤波支路并联连接，与其并联连接的还有电容器补偿组件和电压平衡调节部件；

所述磁阀式电抗器为直流励磁可控饱和电抗器，其线圈由电抗线圈和励磁线圈组成，其中，电抗线圈与谐波滤波支路并联连接，励磁线圈与可控直流励磁电源的输出端电连接；

所述谐波滤波支路为谐波滤波通道，其由电容器、电感器和电阻器串联连接构成；

所述电容器补偿组件由并联连接的两套以上的电容器补偿部件构成，所述电容器补偿部件由相串联连接的第三断路器、第一滤波电抗器、第一投切部件和第一电容器组构成；

所述电压平衡调节部件由相串联连接的第四断路器、第二滤波电抗器、第二投切部件和第二电容器组构成；

所述测控电路的输出端分别与可控直流励磁电源、第一投切部件和第二投切部件的控制端电连接，用于根据检测出的电网无功潮流的变化、功率因数的大小、谐波的含量和电压的平衡度来分别控制励磁线圈中直流励磁电流的大小、电容器补偿部件的投切和电压平衡调节部件的投切。

作为电能质量自动调控装置的进一步改进，所述的直流励磁可控饱和电抗器的铁芯片由一条窄边和三条等宽的宽边构成，窄边的宽度为宽边宽度的0.25～0.5倍，电抗线圈由铁芯平面间夹角为60度的六个绕组构成，其中的每个绕组均套于框形铁芯片的宽边上，相邻两个绕组串接组成三只单相线圈，励磁线圈由穿过所述框形铁芯片的框心且环绕于所述六个绕组上的绕组构成；所述的三只单相线圈间为星形接法或三角形接法；所述的可控直流励磁电源的输入端与整流变压器的次级电连接；所述的可控直流励磁电源为可控硅整流器；所述的谐波滤波通道为三组，三组间为星形接法或三角形接法；所述的电容器补偿组件为三组，三组间为星形接法或三角形接法，电容器补偿组件由2～7套电容器补偿部件构成；所述的电压平衡调节部件为三组，三组间为星形接法或三角形接法；所述的第一投切部件、第二投切部件均为双向可控硅，或复合开关，或接触器；所述的测控电路由电连接的电流互感器、电压互感器和信号处理控制部件构成，其中，信号处理控制部件为带有模数变换的单片机。

相对于现有技术的有益效果是，采用由测控电路及并联连接的直流励磁可控饱和电抗器、谐波滤波通道、电容器补偿组件和电压平衡调节部件构成的技术方案，其中，直流励磁可控饱和电抗器的电抗线圈与谐波滤波通道并联、励磁线圈与可控直流励磁电源输出端电连接，测控电路的输出端分别与可控直流励磁电源、电容器补偿组件的电容器补偿部件中的投切部件和电压平衡调节部件中的投切部件的控制端电连接，既结构合理、实用，又能有的放矢地针对检测出的电网无功潮流的变化、功率因数的大小、谐波的含量和电压的平衡度来分别控制励磁线圈中直流励磁电流的大小、电容器补偿部件的投切和电压平衡调节部件的投切，以粗调(电容器补偿部件和电压平衡调节部件中电容器组的投切)和细调(直流励磁可控饱和电抗器容量的改变)相结合的方式，自动地进行无功补偿以调节电网的功率因数、滤除谐波、消除三相不平衡和因电压波形发生畸变而引起的电压波动和闪变，从而统筹兼顾地同时解决了电网中出现的上述电能质量问题，极大地改善了电能的质量。

作为有益效果的进一步体现，一是直流励磁可控饱和电抗器的铁芯片优选由一条窄边和三条等宽的宽边构成，窄边的宽度优选为宽边宽度的0.25～0.5倍，既使铁芯的形状简洁，又利用了窄边的磁阀作用，还能使其尽快地进入饱和状态，提高了电抗器的响应速度，更是改变了电抗器容量变化的线性性。电抗线圈优选由铁芯平面间夹角为60度的六个绕组构成，其中的每个绕组均套于框形铁芯片的宽边上，相邻两个绕组串接组成三只单相线圈，励磁线圈优选由穿过框形铁芯片的框心且环绕于前述六个绕组上的绕组构成，这种它励式的结构，不仅避免了电网电压的波动对励磁的影响，确保了励磁的精度和稳定，极大地提高了补偿的精度和稳定性，还因每相线圈为相邻的两个绕组串接构成而相互抵消了内部谐波的发生，更有着绕组间的连接关系简单明了的特点，大大地降低了制作时的工艺难度；二是可控直流励磁电源的输入端优选与整流变压器的次级电连接，可控直流励磁电源优选为可控硅整流器，不仅结构简单，可靠性还高；三是电容器补偿组件优选由2～7套电容器补偿部件构成，除符合实际使用情况之外，还避免了过多的电容器补偿部件的闲置，降低了成本；四是第一投切部件、第二投切部件均优选为双向可控硅，或复合开关，或接触器，不仅选择的余地较大，也易于控制；五是测控电路优选由电连接的电流互感器、电压互感器和信号处理控制部件构成，其中，信号处理控制部件优选为带有模数变换的单片机，既实用，又因单片机的使用而不仅减小了信号处理控制部件的体积，提高了信号处理控制部件工作的稳定性，还极易提升信号处理控制部件的功能。

附图说明

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

图1是本发明的一种与电网相连接时的基本电路结构示意图。

图2是图1中的直流励磁可控饱和电抗器的横截面剖面示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，电能质量自动调控装置由测控电路及并联连接的直流励磁可控饱和电抗器9、电容器补偿组件11、电压平衡调节部件18和谐波滤波通道24构成。其中，

直流励磁可控饱和电抗器9的铁芯片由一条窄边和三条等宽的宽边构成，窄边的宽度为宽边宽度的0.33倍。直流励磁可控饱和电抗器9的线圈由电抗线圈91和励磁线圈92组成，其中，电抗线圈91由铁芯93平面间夹角为60度的六个绕组构成，其中的每个绕组均套于框形铁芯片的宽边上，相邻两个绕组串接组成三只单相线圈，三只单相线圈间现为星形接法；励磁线圈92由穿过所述框形铁芯片的框心且环绕于所述六个绕组上的绕组构成。直流励磁可控饱和电抗器9的电抗线圈91与谐波滤波通道24并联连接，励磁线圈92与可控直流励磁电源6的输出端电连接。可控直流励磁电源6与整流变压器5的次级电连接，可控直流励磁电源6为可控硅整流器。

电容器补偿组件11由并联连接的7套电容器补偿部件12构成。其中，电容器补偿组件11为三组，三组间现为星形接法。电容器补偿部件12由相串联连接的第三断路器13、第一滤波电抗器14、第一投切部件15和第一电容器组16构成，其中，第一投切部件15为双向可控硅。

电压平衡调节部件18由相串联连接的第四断路器19、第二滤波电抗器20、第二投切部件21和第二电容器组22构成，其中，电压平衡调节部件18为三组，三组间现为星形接法，第二投切部件21为双向可控硅。

谐波滤波通道24由电容器C、电感器L和电阻器R串联连接构成，其中谐波滤波通道24为三组，三组间现为星形接法。

测控电路由电连接的电流互感器1、电压互感器2和信号处理控制部件3构成，其中，信号处理控制部件3为带有模数变换的单片机。带有模数变换的单片机的输出端分别与可控直流励磁电源6、第一投切部件15和第二投切部件21的控制端电连接，即分别与作为可控直流励磁电源6的可控硅整流器的门极、作为第一投切部件15的双向可控硅的门极和作为第二投切部件21的双向可控硅的门极电连接，用于根据检测出的电网25无功潮流的变化、功率因数的大小、谐波的含量和电压的平衡度来分别控制励磁线圈92中直流励磁电流的大小、电容器补偿部件12的投切和电压平衡调节部件18的投切。

使用时，只需将本发明与电网25电连接即可，即分别将整流变压器5的初级经第一断路器4与电网25电连接、将直流励磁可控饱和电抗器9经第二断路器8和第一隔离开关7与电网25电连接、将电容器补偿组件11经第二隔离开关10与电网25电连接、将电压平衡调节部件18经第三隔离开关17与电网25电连接、将谐波滤波通道24经第四隔离开关23与电网25电连接。当电网25中出现无功潮流或谐波或电压不平衡或电压闪变中的一种或多种现象时，本发明即可自动地对其进行调整和控制，使其恢复正常状态。显然，本领域的技术人员可以对本发明的电能质量自动调控装置进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电能质量自动调控装置，包括磁阀式电抗器和与其电连接的测控电路，以及谐波滤波支路，其特征在于：

所述磁阀式电抗器与所述谐波滤波支路并联连接，与其并联连接的还有电容器补偿组件(11)和电压平衡调节部件(18)；

所述磁阀式电抗器为直流励磁可控饱和电抗器(9)，其线圈由电抗线圈(91)和励磁线圈(92)组成，其中，电抗线圈(91)与谐波滤波支路并联连接，励磁线圈(92)与可控直流励磁电源(6)的输出端电连接；

所述谐波滤波支路为谐波滤波通道(24)，其由电容器(C)、电感器(L)和电阻器(R)串联连接构成；

所述电容器补偿组件(11)由并联连接的两套以上的电容器补偿部件(12)构成，所述电容器补偿部件(12)由相串联连接的第三断路器(13)、第一滤波电抗器(14)、第一投切部件(15)和第一电容器组(16)构成；

所述电压平衡调节部件(18)由相串联连接的第四断路器(19)、第二滤波电抗器(20)、第二投切部件(21)和第二电容器组(22)构成；

所述测控电路的输出端分别与可控直流励磁电源(6)、第一投切部件(15)和第二投切部件(21)的控制端电连接，用于根据检测出的电网(25)无功潮流的变化、功率因数的大小、谐波的含量和电压的平衡度来分别控制励磁线圈(92)中直流励磁电流的大小、电容器补偿部件(12)的投切和电压平衡调节部件(18)的投切。

2.根据权利要求1所述的电能质量自动调控装置，其特征是直流励磁可控饱和电抗器(9)的铁芯片由一条窄边和三条等宽的宽边构成，窄边的宽度为宽边宽度的0.25～0.5倍，电抗线圈(91)由铁芯(93)平面间夹角为60度的六个绕组构成，其中的每个绕组均套于框形铁芯片的宽边上，相邻两个绕组串接组成三只单相线圈，励磁线圈(92)由穿过所述框形铁芯片的框心且环绕于所述六个绕组上的绕组构成。

3.根据权利要求2所述的电能质量自动调控装置，其特征是三只单相线圈间为星形接法或三角形接法。

4.根据权利要求1所述的电能质量自动调控装置，其特征是可控直流励磁电源(6)的输入端与整流变压器(5)的次级电连接。

5.根据权利要求4所述的电能质量自动调控装置，其特征是可控直流励磁电源(6)为可控硅整流器。

6.根据权利要求1所述的电能质量自动调控装置，其特征是谐波滤波通道(24)为三组，三组间为星形接法或三角形接法。

7.根据权利要求1所述的电能质量自动调控装置，其特征是电容器补偿组件(11)为三组，三组间为星形接法或三角形接法，电容器补偿组件(11)由2～7套电容器补偿部件(12)构成。

8.根据权利要求1所述的电能质量自动调控装置，其特征是电压平衡调节部件(18)为三组，三组间为星形接法或三角形接法。

9.根据权利要求1所述的电能质量自动调控装置，其特征是第一投切部件(15)、第二投切部件(21)均为双向可控硅，或复合开关，或接触器。

10.根据权利要求1或5或9所述的电能质量自动调控装置，其特征是测控电路由电连接的电流互感器(1)、电压互感器(2)和信号处理控制部件(3)构成，其中，信号处理控制部件(3)为带有模数变换的单片机。

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