CN102214925B - 中频熔炼炉滤波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滤波柜，特别涉及中频熔炼炉滤波装置。滤波柜包括控制器、投切执行机构及若干主要特征谐波次数的无源滤波支路，所述控制器包括电流采样单元、实时电流采样值存储单元、投切电流阈值存储单元、比较器和数据处理单元，控制器根据所述比较器的比较结果控制各个无源滤波支路逐级投入或切出，控制器控制投切执行机构投入无源滤波支路时依次从低次到高次，切出时相反。由于本发明控制器的投切策略是依据负载电流来确定的，因此能够保证在满载时所有设计的谐波的无源滤波支路均可以投入，滤波效果更好。

Description

中频熔炼炉滤波装置
技术领域
本发明涉及一种滤波装置，特别涉及一种中频熔炼炉滤波装置。
背景技术
中频熔炼炉在冶金行业中常用的冶炼设备。该设备的基本原理是通过三相可控整流后，经逆变成中频交流电源加在线圈上，利用电磁感应原理对物料加热熔炼。三相可控整流属于6脉动可控整流，在电网侧产生的特征谐波次数为6K±1次，主要是5、7、11等特征谐波电流注入电网造成电网谐波污染，使电网电压波形发生畸变，电能质量下降，影响到其他用户的用电设备及电网的安全运行。由于中频炉投运给电网的安全运行带来隐患，引起各级供电部门的重视。按照“谁污染谁治理的原则”，供电部门要求中频炉用户必须进行谐波治理。中频炉谐波治理可以用有源滤波，也可以用无源滤波。由于无源滤波成本低、技术成熟，目前基本采用无源滤波方法。但传统的滤波柜一直以来都按照功率因数限制，无功功率投切的控制策略，这种控制策略经常会使补偿无功量与各次谐波的滤除产生矛盾，各次谐波滤除不到位，这是因为中频熔炼炉负荷的特点是功率因数一般较高（在0.92~0.94之间），将电源的功率因数补偿到符合标准所需的无功补偿量相对较小，无源滤波支路中的电容容量比较小，但由于谐波含量大，5、7、11等次谐波电流都严重超标，因此无源滤波支路中的电容器容量必须达到一定的电容量才能达到滤波要求。此外如果电容的基波无功功率要满足电力部门功率因数的要求，而滤波器的造价又要使用户能够接受，按以往的投切控制策略， 5、7、11谐波滤波支路投切会产生补偿无功量与谐波滤除率不协调，原因是由于其按照功率因数限制，无功功率投切的控制策略，当电源出现功率因素下降需要投切补偿时，控制器按照先高次到低次投入，切出相反的原则，不过这样一来，其他次数的谐波滤波支路就无法继续投入，否则就会造成过补的情况，或者投与切之间振荡因此其他次数的谐波滤除效果不好。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有技术存在补偿无功量与各次谐波的滤除率及成本之间矛盾的不足，而提供了一种滤波及补偿效果好、成本较低的中频熔炼炉滤波装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种中频熔炼炉滤波装置，包括控制器、投切执行机构及若干特征谐波的无源滤波支路，其特征在于：各个特征谐波的无源滤波支路的补偿量为：Qn= USIn ，其中In 为n次特征谐波的谐波电流值，US为系统电压；
n = 5、7、11  ；
所述控制器包括电流采样单元、实时电流采样值存储单元、投切电流阈值存储单元、比较器和数据处理单元，所述比较器对负载的实时电流采样值存储单元和投切电流阈值存储单元中的值的大小进行比较，所述控制器根据所述比较器的比较结果控制各个特征谐波的无源滤波支路逐级投入或切出，所述各个特征谐波的无源滤波支路的投切电流阈值不大于最大负载电流，且较高次无源滤波支路的投切电流阈值大于相邻较低次无源滤波支路的投切电流阈值，控制器控制投切执行机构投入无源滤波支路时依次从低次滤波到高次滤波，切出时依次从高次滤波到低次滤波；所述电流采样单元为总电流采样机构，所述电流采样单元的采样点处于负载与中频熔炼炉滤波装置之间。
  采用上述技术方案，由于本中频熔炼炉滤波装置中各个特征谐波的无源滤波支路对各次特征谐波具有很好的滤除效果，同时控制器的投切策略是依据负载电流来确定的，因此能够保证在满载时所有设计的各次无源滤波支路均可以投入，因此滤波效果更好。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明具体实施例系统示意图；
图2为本发明电流采样点不同的另一具体实施例系统示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明中频熔炼炉滤波装置，包括控制器1、投切执行机构2及若干特征谐波的无源滤波支路3，无源滤波支路3主要包括5、7、11次特征谐波次数的无源滤波支路，所述无源滤波支路3的补偿量为：Qn=
Figure 314921DEST_PATH_IMAGE001
USIn，其中In 为n次特征谐波的谐波电流值，本具体实施例中n为5、7、11，US为系统电压。为了保证补偿效果，并防止过补，应该满足∑Qn min ≦∑Qn ，其中Qn min = 2UsIn /（1-P）K2，式中Us为相电压，P为电抗率，K为电容过流系数。对于中频熔炼炉这种电流型谐波源，各个特征谐波次数的谐波电流值既可以通过实际测量方式得到，也可以通过In =I1/ n（其中I1为基波电流值）的方式估算。中频熔炼炉在电网侧产生的特征谐波次数为6K±1次，K为自然数，谐波含量较大的主要是5、7、11次，因此本具体实施例中，n = 5、7、11。中频熔炼炉滤波装置的控制器1包括电流采样单元4、实时电流采样值存储单元、投切电流阈值存储单元、比较器和数据处理单元。本具体实施例中电流采样单元4的采样点设置在负载（中频熔炼炉）与中频熔炼炉滤波装置之间，电流采样单元4为总电流采样机构，对负载的总电流进行采样，同时送至实时电流采样值存储单元进行存储。投切电流阈值存储单元中分别存储有各个主要特征谐波次数（5、7、11次）的无源滤波支路3的投切电流阈值，所述各个特征谐波次数的无源滤波支路3的投切电流阈值不大于最大负载电流，且较高次无源滤波支路3的投切电流阈值大于相邻较低次无源滤波支路3的投切电流阈值，比较器对负载的实时电流采样值存储单元和投切电流阈值存储单元中的值的大小进行比较，控制器1根据所述比较器的比较结果控制各个无源滤波支路3逐级投入或切出。投入时，依次从低次到高次，切出时，则反之。保证使得控制器1控制投切执行机构2投入无源滤波支路3时依次从低次到高次逐级全部投入，切出时依次从高次到低次。这样的的控制方式可以保证最佳滤波效果。
由于现有的滤波装置的电流采样单元4的采样点处于电源与无源滤波支路3之间，为了适应对老设备的改造，如图2所示，本发明中频熔炼炉滤波装置的电流采样单元4的采样点也可以设置在电源与无源滤波支路3之间，但是所述电流采样单元4应该采用有功电流采样机构，对负载的有功电流进行采样，同理投切电流阈值存储单元中分别存储有各个特征谐波次数（5、7、11次）的无源滤波支路3的投切有功电流阈值。
滤波装置中的电流采样单元4和投切执行机构2是一个比较成熟的技术，此处不再细述。实时电流采样值存储单元、投切电流阈值存储单元、比较器和数据处理单元可以采用以微处理芯片为核心及其外围元件构成，比较器通过内部程序实现，此处不再赘述。
下面通过一个具体中频炉实施例对本发明作进一步详细说明：
具体实施例1
青田某阀门厂装备有0.5吨的中频炉，变压器容量为：350 KVA， 变比=10KV/0.4KV，经实际测量，其PF（总功率因数）cosφ1=0.93；无功量= 249 Kvar ，总电流Irms=990A ，THDV（电压总谐波失真）=16.0﹪；THDi（电流总谐波失真）=25.0﹪；
I5=184A   I7=103A     I11=56A  
Q5=√3*Us* I5=127.5Kvar     Q5min=90.7 Kvar
Q7=√3*Us* I7=73.4Kvar      Q7min=49.3 Kvar
Q11=√3*Us* I11=38.8Kvar     Q7min=26.5Kvar
Q=∑Qn =239.7Kvar       Qmin=∑Qnmin =166.5Kvar
  满足∑Qn min ≦∑Qn的经验要求。
考虑到电容器的生产规格，最后确定：
Q5=150Kvar （一路）  投切电流阈值设置为500A；
Q7=72Kvar （一路）  投切电流阈值设置为600A；
Q11=40Kvar （一路）  投切电流阈值设置为700A；
如图1所示，本方案中，电流采样单元4为总电流采样机构，所述电流采样单元4的采样点处于负载与中频熔炼炉滤波装置之间。投切电流阈值设置由低到高，保证了投入时，依次从低次到高次，切出时，则反之。
具体实施例2
缙云县某公司系统设计的基本参数如下：变压器容量=630KVA， 变比=10KV/0.4KV，  低压侧额定电流=909.3A，
考虑到过载运行，取过载系数β= 1.2，由于系统尚未投产，且中频炉属于电流型谐波源，谐波电流通过In =I1/ n（其中I1为基波电流值）的方式近似估算，I5=909.3*1.2/5=218.6A， 取220A，  I7=909.3*1.2/7=154.8A ，取155A，   I11=909.3*1.2/11=99.1A，取100A，
补偿容量，Q5=√3*Us* I5=152KVar， Q7=√3*Us* I7=107kvar， Q11=√3*Us* I11=69KVar
∑Qn=Q5+Q7+Q11=328KVar，可以取整∑Qn=152+100+70=320KVar
滤波补偿控制方法
Q5=152Kvar （一路）  投切电流阈值设置为500A；
Q7=100Kvar （一路）  投切电流阈值设置为600A；
Q11=70Kvar （一路）  投切电流阈值设置为700A；
 单调谐滤波支路投切顺序如下：投切电流阈值设置由低到高，保证了投入时，依次从低次到高次，切出时，则反之。
当然，如图2所示，电流采样单元4的采样点也可以是处于电源与中频熔炼炉滤波装置之间，但是，此时，电流采样单元4为有功电流采样机构，对有功电流进行采样，投切的依据为有功电流。

Claims (2)

1.一种中频熔炼炉滤波装置，包括控制器、投切执行机构及若干特征谐波的无源滤波支路，其特征在于：各个特征谐波的无源滤波支路的补偿量为：                                                
Figure 350377DEST_PATH_IMAGE001
，
其中In 为n次特征谐波的谐波电流值，US为系统电压；
n = 5、7、11                                     ；
所述控制器包括电流采样单元、实时电流采样值存储单元、投切电流阈值存储单元、比较器和数据处理单元，所述比较器对负载的实时电流采样值存储单元和投切电流阈值存储单元中的值的大小进行比较，所述控制器根据所述比较器的比较结果控制各个特征谐波的无源滤波支路逐级投入或切出，所述各个特征谐波的无源滤波支路的投切电流阈值不大于最大负载电流，且较高次无源滤波支路的投切电流阈值大于相邻较低次无源滤波支路的投切电流阈值，控制器控制投切执行机构投入无源滤波支路时依次从低次到高次，切出时相反；所述电流采样单元为总电流采样机构，所述电流采样单元的采样点处于负载与中频熔炼炉滤波装置之间。
2.一种中频熔炼炉滤波装置，包括控制器、投切执行机构及若干特征谐波的无源滤波支路，其特征在于：各个特征谐波的无源滤波支路的补偿量为：
Figure 187664DEST_PATH_IMAGE001
，
其中In 为n次特征谐波的谐波电流值，US为系统电压；
n = 5、7、11                                     ；
所述控制器包括电流采样单元、实时电流采样值存储单元、投切电流阈值存储单元、比较器和数据处理单元，所述比较器对负载的实时电流采样值存储单元和投切电流阈值存储单元中的值的大小进行比较，所述控制器根据所述比较器的比较结果控制各个特征谐波的无源滤波支路逐级投入或切出，所述各个特征谐波的无源滤波支路的投切电流阈值不大于最大负载电流，且较高次无源滤波支路的投切电流阈值大于相邻较低次无源滤波支路的投切电流阈值，控制器控制投切执行机构投入无源滤波支路时依次从低次到高次，切出时相反；所述电流采样单元为有功电流采样机构，所述电流采样单元的采样点处于电源与中频熔炼炉滤波装置之间。
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