CN102354994A - Mcr软启动和svc动态无功补偿装置及软启动和动态无功补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及MCR软启动和SVC动态无功补偿装置及软启动和动态无功补偿方法，装置包括MCR支路和FC支路及控制系统；MCR支路包括MCR可控电抗器，磁控单元和启动切换回路及运行切换回路；MCR可控电抗器串联连接启动切换回路及电机M，并联连接于电网系统母线下，运行切换回路并联旁路连接在电网系统母线和启动切换回路之间，磁控单元可控硅连接MCR可控电抗器自偶绕组抽头；当电机M启动过程中MCR可控电抗器为电机的软启动装置，当电机运行或空闲时MCR支路与FC支路作为动态无功补偿装置。本发明适用于高压电机的软启动同时对电网无功动态调节，实现多功能的同时减少设备的投入成本，结构简单，制作和运行成本低，操作维护简便，性能好且稳定可靠。

Description

MCR软启动和SVC动态无功补偿装置及软启动和动态无功补偿方法

技术领域

本发明涉及MCR软启动和SVC动态无功补偿装置及软启动和动态无功补偿方法，属于高压电机软启动和电网无功补偿技术领域，特别适用于电力、冶金、矿山、油田高压电机软启动和电网无功补偿。

背景技术

交流电机应用广泛。在大部分场合，电机不需要调速，但高压大容量电机启动对电网冲击很大，造成电压波动，其他设备欠压，运行不良影响生产；对电机冲击大，造成部件老化甚至损坏，缩短电机使用寿命；对机械传动部件联轴器、齿轮箱皮带及被驱动负载冲击大，导致这些部件使用寿命缩短。

目前，常见的高压异步电机启动方法：定子回路串联电抗器、液态电阻、普通饱和电抗器、可控硅等。串联电抗器为分级启动，启动性能差，旋转损失大，有二次冲击，噪声大；液态电阻占地面积大，维护量大，能耗较高，启动性能固定，无法调节，且启动特性跟环境温度息息相关，对环境温度十分敏感；普通饱和电抗器控制性能遇有电抗器，其电抗器具有较宽的调节范围，可以克服串联电抗器启动存在的问题，可靠性能高，大启动噪声大，可达80-90dB，甚至更高，而且需要提供大容量体积的启动辅助电源设备。由于励磁回路与主回路分开，在短时工作的启动场合，有一定的安全隐患；串联可控硅实现电机端电压的调节达到软启动的目的，理论上讲是理想的启动方式，但是在高压场合，由于需要高压可控硅，可靠性能不易得到保证，维护量大，价格高。

电力系统无功平衡对提高全网经济效益和改善供电质量至关重要，随着大功率有源器件及控制技术的发展，使得瞬时性的无功补偿得以实现，电能质量得到很好的改善。SVC以作为成熟性产品近年在国际国内供电、用电中得到推广。

目前，SVC动态无功补偿主要有两种：一种是TCR相控电抗器SVC，其特点是响应快，技术成熟，但无法摆脱姿势难以克服的固有缺陷：可靠稳定性不高、维护量大；设备复杂、造价高；体积庞大、增加占地面积、建设费用高。一种是MCR磁控电抗器SVC，其特点：噪声小、谐波小、损耗低；响应速度快、运行安全、寿命长、免维护；占地面积小。

发明内容

本发明的目的是提供一种启动性能高、可靠性能好、对环境的适应能力强、体积小、噪声低、占地面积小、成本低、利用率高、无需要辅助励磁电源的可实现多台电机的启动切换的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置及软启动和动态无功补偿方法。

为实现本发明目的，本发明通过以下技术方案实现MCR软启动和SVC动态无功补偿装置：

一种MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，它由一个MCR支路和一个FC支路及控制系统组成；MCR支路包括MCR可控电抗器，磁控单元，和启动切换回路，及运行切换回路；所述MCR可控电抗器与启动切换回路及电机M串联连接，并联连接于电网系统母线；运行切换回路并联旁路连接在电网系统母线和启动切换回路之间；磁控单元可控硅连接MCR可控电抗器自偶绕组抽头；所述控制系统与磁控单元光纤信号连接控制，该控制系统还与启动切换回路、运行切换回路连接控制切换回路的开关状态；所述控制系统连接电网系统母线的PT、CT采集系统数据进行控制计算。

在上述方案基础上进一步的技术方案是：

所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其启动切换回路是一个开关切换回路，由开关组组成，分别启动一个或多个电机；电机M启动主回路上分别在MCR可控电抗器两端串联的开关K1和开关K2，其中：开关K1连接MCR可控电抗器和电网系统母线，开关K2连接MCR可控电抗器和电机M；运行切换回路也是一个开关切换回路，电机M运行主回路上开关K3并联旁路连接在电网系统母线和K2之间；每一个电机M对应启动开关K2和运行开关K3。

所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其磁控单元包括光电接口电路，触发脉冲电路，驱动放大电路和可控硅组成，光电接口电路接收到控制系统的光信号后，经过光电转换、触发脉冲电路、信号整形放大形成可控硅导通角的触发脉冲，对可控硅的导通状态进行移相控制，动态调节MCR可控电抗器的电流，实现电机M的软启动和电网系统母线下的感性无功调节进行无功补偿。

所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其启动切换回路开关组分别启动3个电机：M1和电机M2及电机M3，其中：对应电机M1的是开关K2.1，对应电机M2的是开关K2.2，对应电机M3的是开关K2.3；电机M1和电机M2及电机M3的运行切换回路的开关分别是开关K3.1，开关K3.2和开关K3.3。

所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其控制系统3包括主控单元、采样单元、输入输出单元、软启动操作面板，用于通过采样单元采集电网系统CT、PT的参数计算无功参数，根据程序设定控制MCR输出感性无功功率，调节SVC的无功输出，实现电网系统母线无功功率的动态补偿；用于通过软启动得到的指令输入输出单元控制启动切换回路开关K2、运行切换回路开关K3的分开和闭合。

所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装两置，其MCR可控电抗器为磁阀式饱和电抗器，它由四柱铁芯和绕组组成，中间两个铁芯为工作铁芯，中间绕组为控制绕组Nk，两端绕组为工作绕组N；可控硅T1及可控硅T2接于控制绕组Nk上。

所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其可控硅T1及可控硅T2电压为电网系统母线额定电压的1%～3%；当工作绕组N两端接上交流电压U时，控制绕组Nk感应出相应的电压，且在电压的正半周可控硅T1导通，电压的负半周可控硅T2导通，通过控制可控硅T1、可控硅T2的导通角大小。

所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其FC支路包括电力电容器，和电阻器，及电抗器；用于为电网系统母线提供固定的容性无功和滤除高次谐波的功能；电抗器通过开关与电网系统母线连接。

所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其开关K1和开关K2及开关K3均为高压开关，开关K2、开关K3受控制系统的数字控制分开和闭合。

为实现本发明目的，本发明用上述任一权利要求所述MCR软启动和SVC动态无功补偿装置进行软启动和动态无功补偿方法，其步骤为：

 A、在电机M启动状态下：控制系统控制启动切换回路对应的开关的闭合，MCR支路中的MCR可控电抗器成为电机M的软启动装置，实现电网系统母线下的1台或若干台电机M的软启动；

B、当电机M启动启动状态结束，在电机M进入运行时：控制系统控制运行切换回路对应开关的闭合，然后控制系统控制启动切换回路对应的开关的分开，电机M正式进入运行状态；

C、 在电机M空闲时或电机M正式进入运行状态时：FC支路处于工作状态，控制系统采样单元采集电网系统CT、PT计算无功参数，根据程序设定控制MCR可控电抗器输出感性无功功率，调节SVC的无功输出，实现电网系统母线无功功率的动态补偿，MCR支路中的MCR可控电抗器成为SVC动态无功补偿装置。

本发明的优点在于，适用于高压电机的软启动同时对电网无功动态调节，充分利用MCR可控电抗器的功能，实现多功能的同时减少设备的投入成本，结构简单，制作和运行成本低，操作维护简便，性能更好，并且稳定可靠。

附图说明

图1是本发明MCR软启动和SVC动态无功补偿装置结构示意框图。

图2是本发明所用到的MCR可控电抗器结构示意图。

图3是本发明实现3台高压电机软启动和动态无功补偿的开关切换示意图。

图4是本发明MCR软启动装置主回路结构图。

图5是本发明MCR可控电抗器SVC无功补偿原理图。

图中各附图标记对应的名称为：1－MCR支路；1.1－MCR可控电抗器；1.2－磁控单元；  1.3－启动切换回路；  1.4－运行切换回路；  2－FC支路；   2.1－电容器； 2.2－电阻器；2.3－电抗器；3－控制系统；4－开关；5－变压器；6－电网系统母线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明MCR软启动和SVC动态无功补偿装置做进一步说明。

实施例1：

如附图所示，是一种MCR软启动和SVC动态无功补偿装置的一个基本实施例。MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，它由一个MCR支路1和一个FC支路2及控制系统3组成；MCR支路1包括MCR可控电抗器1.1，磁控单元1.2，和启动切换回路1.3，及运行切换回路1.4；所述MCR可控电抗器1.1与启动切换回路1.3及电机M串联连接，并联连接于电网系统母线6；运行切换回路1.4并联旁路连接在电网系统母线6和启动切换回路1.3之间；磁控单元1.2可控硅连接MCR可控电抗器1.1自偶绕组抽头；所述控制系统3与磁控单元1.2光纤信号连接控制，该控制系统3还与启动切换回路1.3、运行切换回路1.4连接控制切换回路的开关状态；所述控制系统3连接电网系统母线6的PT、CT采集系统数据进行控制计算。所述的启动切换回路1.3是一个开关切换回路，由开关组组成，分别启动一个或多个电机；电机M启动主回路上分别在MCR可控电抗器1.1两端串联的开关K1和开关K2，其中：开关K1连接MCR可控电抗器1.1和电网系统母线6，开关K2连接MCR可控电抗器1.1和电机M；运行切换回路1.4也是一个开关切换回路，电机M运行主回路上开关K3并联旁路连接在电网系统母线6和K2之间；每一个电机M对应启动开关K2和运行开关K3。所述的磁控单元1.2包括光电接口电路，触发脉冲电路，驱动放大电路和可控硅组成，光电接口电路接收到控制系统3的光信号后，经过光电转换、触发脉冲电路、信号整形放大形成可控硅导通角的触发脉冲，对可控硅的导通状态进行移相控制，动态调节MCR可控电抗器1.1的电流，实现电机M的软启动和电网系统母线6下的感性无功调节进行无功补偿。所述的控制系统3包括主控单元、采样单元、输入输出单元、软启动操作面板，用于通过采样单元采集电网系统CT、PT的参数计算无功参数，根据程序设定控制MCR输出感性无功功率，调节SVC的无功输出，实现电网系统母线6无功功率的动态补偿；用于通过软启动得到的指令输入输出单元控制启动切换回路1.3开关K2、运行切换回路1.4开关K3的分开和闭合。图2所示，所述的MCR可控电抗器1.1为磁阀式饱和电抗器，它由四柱铁芯和绕组组成，中间两个铁芯为工作铁芯，中间绕组为控制绕组Nk，两端绕组为工作绕组N；可控硅T1及可控硅T2接于控制绕组Nk上。所述的可控硅T1及可控硅T2电压为电网系统母线6额定电压的1%～3%；当工作绕组N两端接上交流电压U时，控制绕组Nk感应出相应的电压，且在电压的正半周可控硅T1导通，电压的负半周可控硅T2导通，通过控制可控硅T1、可控硅T2的导通角大小。所述的FC支路2包括电力电容器2.1，和电阻器2.2，及电抗器2.3；用于为电网系统母线6提供固定的容性无功和滤除高次谐波的功能；电抗器2.3通过开关4与电网系统母线6连接。所述的开关K1和开关K2及开关K3均为高压开关，开关K2、开关K3受控制系统的数字控制分开和闭合。

实施例2：

与实施例1不同的是：如图3结合附图1，电机M有3个。所述的启动切换回路1.3由开关组组成，分别启动3个电机M1和电机M2及电机M3，其中：对应电机M1的是开关K2.1，对应电机M2的是开关K2.2，对应电机M3的是开关K2.3；电机M1和电机M2及电机M3的运行切换回路1.4的开关分别是开关K3.1，开关K3.2，和开关K3.3；本实施例开关K2和开关K3是接受控制系统3数字控制开关和闭合的高压开关。

实施例3：

下面结合附图和实施例对用本发明MCR软启动和SVC动态无功补偿装置进行软启动和动态无功补偿方法作进一步说明。

用本发明MCR软启动和SVC动态无功补偿装置进行软启动和动态无功补偿方法，其步骤为：

A、在电机M启动状态下：控制系统3控制启动切换回路1.3对应的开关2的闭合，MCR支路1中的MCR可控电抗器1.1成为电机M的软启动装置，实现电网系统母线6下的1台或若干台电机M的软启动；

B、当电机M启动启动状态结束，在电机M进入运行时：控制系统3控制运行切换回路1.4对应开关3的闭合，然后控制系统3控制启动切换回路1.3对应的开关2的分开，电机M正式进入运行状态；

C、 在电机M空闲时或电机M正式进入运行状态时：FC支路2处于工作状态，控制系统3采样单元采集电网系统CT、PT计算无功参数，根据程序设定控制MCR可控电抗器1.1输出感性无功功率，调节SVC的无功输出，实现电网系统母线6无功功率的动态补偿，MCR支路1中的MCR可控电抗器1.1成为SVC动态无功补偿装置。

结合附图对本发明技术方案、原理和效果作进一步说明如下：

如图1所示，MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，当电机启动过程中MCR可控电抗器1.1为电机的软启动装置，当电机运行或空闲时MCR可控电抗器与FC支路配2合作为动态无功补偿装置。

图2所示MCR可控电抗器1.1是一种铁芯中具有多种面积的电抗器，截面积较小的部分被称为磁阀，磁阀部分可以在极限饱和区连续调节，使得MCR可控电抗器1.1的感抗可大范围连续变化。MCR可控电抗器1.1有一个四柱铁芯和绕组组成，中间两个铁芯为工作铁芯，Nk为控制绕组，N为工作绕组。由于可控硅接于控制绕组上，其电压很低，约为系统额定电压的1%~3%，运行的可靠性大大提高。当工作绕组N两端接上交流电压U时，控制绕组Nk上就会感应出相应的电压，在电压的正半周可控硅T1导通，电压的负半周可控硅T2导通，通过控制可控硅T1、可控硅T2的导通角大小，即可控制直流励磁的大小从而控制工作铁芯的磁导率，实现电抗值得连续可调，实现高压电机的恒流软启动，实现动态无功调节。

如图3所示，设对3台电机的软启动开关切换回路，对电机M1进行启动：高压断路器接收到控制系统的闭合信号，开关K2.1闭合，磁控单元1.2接收控制系统3对可控硅T1和可控硅T2的触发角信号进行励磁调节，使回路电抗由高到低变化，从而使电机达到恒流软启动，开关K3.1闭合启动过程结束，MCR磁控电抗自动器转入SVC动态无功补偿回路；对M2进行启动及对M3进行启动的技术过程与上述对电机M1进行启动相同，所不同的是各自有对应的开关。

如图4所示，是本发明MCR软启动装置主回路结构。

如图5所示，MCR软启动和SVC动态无功补偿装置转SVC动态无功补偿时，电网系统母线6下设有FC支路、MCR支路，控制系统，为系统提供固定的容性无功和滤除高次谐波的功能；控制系统3采用精度同步、AD、通过DSP及CPLD采集电网系统无功参数，根据程序设定控制MCR输出感性无功功率，调节SVC的无功输出，实现系统无功功率的动态补偿。

本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其特征在于，它由一个MCR支路（1）和一个FC支路（2）及控制系统（3）组成；MCR支路（1）包括MCR可控电抗器（1.1），磁控单元（1.2），和启动切换回路（1.3），及运行切换回路（1.4）；所述MCR可控电抗器（1.1）与启动切换回路（1.3）及电机M串联连接，并联连接于电网系统母线（6）；运行切换回路（1.4）并联旁路连接在电网系统母线（6）和启动切换回路（1.3）之间；磁控单元（1.2）可控硅连接MCR可控电抗器（1.1）自偶绕组抽头；所述控制系统（3）与磁控单元（1.2）光纤信号连接控制，该控制系统（3）还与启动切换回路（1.3）、运行切换回路（1.4）连接控制切换回路的开关状态；所述控制系统（3）连接电网系统母线（6）的PT、CT采集系统数据进行控制计算。

2.根据权利要求1所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其特征在于，启动切换回路（1.3）是一个开关切换回路，由开关组组成，分别启动一个或多个电机；电机M启动主回路上分别在MCR可控电抗器（1.1）两端串联的开关K1和开关K2，其中：开关K1连接MCR可控电抗器（1.1）和电网系统母线（6），开关K2连接MCR可控电抗器（1.1）和电机M；运行切换回路（1.4）也是一个开关切换回路，电机M运行主回路上开关K3并联旁路连接在电网系统母线（6）和K2之间；每一个电机M对应启动开关K2和运行开关K3。

3.根据权利要求2所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其特征在于，磁控单元（1.2）包括光电接口电路，触发脉冲电路，驱动放大电路和可控硅组成，光电接口电路接收到控制系统（3）的光信号后，经过光电转换、触发脉冲电路、信号整形放大形成可控硅导通角的触发脉冲，对可控硅的导通状态进行移相控制，动态调节MCR可控电抗器（1.1）的电流，实现电机M的软启动和电网系统母线（6）下的感性无功调节进行无功补偿。

4.根据权利要求2所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其特征在于，启动切换回路（1.3）开关组分别启动3个电机：M1和电机M2及电机M3，其中：对应电机M1的是开关K2.1，对应电机M2的是开关K2.2，对应电机M3的是开关K2.3；电机M1和电机M2及电机M3的运行切换回路（1.4）的开关分别是开关K3.1，开关K3.2和开关K3.3。

5.根据权利要求1所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其特征在于，控制系统（3）包括主控单元、采样单元、输入输出单元、软启动操作面板，用于通过采样单元采集电网系统CT、PT的参数计算无功参数，根据程序设定控制MCR输出感性无功功率，调节SVC的无功输出，实现电网系统母线（6）无功功率的动态补偿；用于通过软启动得到的指令输入输出单元控制启动切换回路（1.3）开关K2、运行切换回路（1.4）开关K3的分开和闭合。

6.根据权利要求1所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装两置，其特征在于，MCR可控电抗器（1.1）为磁阀式饱和电抗器，它由四柱铁芯和绕组组成，中间两个铁芯为工作铁芯，中间绕组为控制绕组Nk，两端绕组为工作绕组N；可控硅T1及可控硅T2接于控制绕组Nk上。

7.根据权利要求6所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其特征在于，可控硅T1及可控硅T2电压为电网系统母线（6）额定电压的1%～3%；当工作绕组N两端接上交流电压U时，控制绕组Nk感应出相应的电压，且在电压的正半周可控硅T1导通，电压的负半周可控硅T2导通，通过控制可控硅T1、可控硅T2的导通角大小。

8.根据权利要求1所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其特征在于，FC支路（2）包括电力电容器（2.1），和电阻器（2.2），及电抗器（2.3）；用于为电网系统母线（6）提供固定的容性无功和滤除高次谐波的功能；电抗器（2.3）通过开关（4）与电网系统母线（6）连接。

9.根据权利要求2所述的MCR软启动和SVC动态无功补偿装置，其特征在于，开关K1和开关K2及开关K3均为高压开关，开关K2、开关K3受控制系统的数字控制分开和闭合。

10.用上述任一权利要求所述MCR软启动和SVC动态无功补偿装置进行软启动和动态无功补偿方法，其特征在于，步骤为：

 A、在电机M启动状态下：控制系统（3）控制启动切换回路（1.3）对应的开关（2）的闭合，MCR支路（1）中的MCR可控电抗器（1.1）成为电机M的软启动装置，实现电网系统母线（6）下的1台或若干台电机M的软启动；

B、当电机M启动启动状态结束，在电机M进入运行时：控制系统（3）控制运行切换回路（1.4）对应开关（3）的闭合，然后控制系统（3）控制启动切换回路（1.3）对应的开关（2）的分开，电机M正式进入运行状态；

C、 在电机M空闲时或电机M正式进入运行状态时：FC支路（2）处于工作状态，控制系统（3）采样单元采集电网系统CT、PT计算无功参数，根据程序设定控制MCR可控电抗器（1.1）输出感性无功功率，调节SVC的无功输出，实现电网系统母线（6）无功功率的动态补偿，MCR支路（1）中的MCR可控电抗器（1.1）成为SVC动态无功补偿装置。

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