CN102751731A

CN102751731A - 一种高压动态无功补偿装置

Info

Publication number: CN102751731A
Application number: CN201210237056XA
Authority: CN
Inventors: 李瑞来; 尹彭飞; 陈敏
Original assignee: Shandong Xinfeng Photoelectric Science & Technology Development Co Ltd
Current assignee: Shandong Xinfeng Photoelectric Science & Technology Development Co Ltd
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明的高压动态无功补偿装置，特征在于：包括1个变压器、1个三相电容器组以及3n个功率模块单元，变压器的二次侧为3n个单相绕组和1个与三相电容器组相连接的三相绕组；每个功率模块单元上均设置有两个输入端，功率模块单元中设置有控制两输入端之间导通状态的控制电路；3n个功率模块单元的输出端分别与3n个单相绕组相连接。控制电路可为整流H桥电路；可控器件为可控单向晶闸管。本发明通过对并联功率模块单元的控制，有效地实现了高压电网的无功补偿；三相电容可有效地突变电流进行缓冲，将电网的影响降到最低。本发明的无功补偿装置，节约了整个无功补偿装置的成本，简化了工艺机构，提高了制作效率。

Description

一种高压动态无功补偿装置

技术领域

本发明涉及一种高压动态无功补偿装置，更具体的说，尤其涉及一种变压器二次侧采用3n个功率模块单元相并联的高压动态无功补偿装置。

背景技术

随着现代变流技术的发展，新技术在工业设备中得到广泛的应用，变流技术有卓越节能效果，且具有方便的操作方式以及便于安装维护的优点。但由于电网条件差异较大，如在电网电压为35KV以上大容量的场合，现在一般的动态无功补偿装置，直接做高压无功补偿有一定难度，其动态无功补偿装置前均设置变压器，如果要求补偿的容量比较大，或者要求补偿的电流比较大时，目前的无功补偿装置就受到体积、成本、功率半导体器件、效率的限制，特别是设备的工艺结构、成本、效率等出现明显的问题。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种变压器二次侧采用3n个功率模块单元相并联的高压动态无功补偿装置。

本发明的高压动态无功补偿装置，其特别之处在于：包括1个变压器、1个三相电容器组以及3n个功率模块单元，所述变压器的一次侧为与高压电网相连接的三相绕组，二次侧为3n个单相绕组和1个与三相电容器组相连接的三相绕组，二次侧的3n个单相绕组均分为与一次侧相配合的三组；每个功率模块单元上均设置有两个输入端，功率模块单元中设置有控制两输入端之间导通状态的控制电路；3n个功率模块单元的输出端分别与3n个单相绕组相连接。

通过变压器的变压作用，以便在二次侧实现对一次侧高压电网的无功补偿；变压器二次侧的3n个绕组均分为三组，每一组与一次侧相应的绕组相配合。根据检测到变压器一次侧电网的状态，对二次侧3n个功率模块单元进行有序的控制，相应的二次侧绕组就会断开或短接，以便实现对高压电网的动态无功补偿作用。三相电容配合功率模块单元实现无功补偿功能，并能够实现对容性无功和感性无功的补偿。由于采用功率模块并联接到变压器二次绕组上的形式，而不是现有的串联方式，有效地实现了对高压电网无功功率的补偿。

本发明的高压动态无功补偿装置，所述控制电路为整流H桥电路，整流H桥的两个桥臂的正、负极相连接后再短接在一起，桥臂上两元器件之间的连接处形成输入端；整流H桥电路的每个桥臂上应包括至少一个可控制其通断状态的可控器件，或者，一个桥臂上的两元器件全为可控器件，另一个桥臂上的两元器件均为非可控器件。两桥臂的正极与负极短接在一起，在可控器件导通的状态下，两输入端可短接在一起；两个桥臂上的四个元器件任意连个采用可控器件均可实现这种功能。

本发明的高压动态无功补偿装置，所述非可控器件为功率半导体二极管，可控器件为可控单向晶闸管。可控器件采用可控单向晶闸管，为半控型器件，而不是现有电路中常用的全控型器件，有效了节约了成本。

本发明的高压动态无功补偿装置，所述控制电路由两反向并联的单向可控硅组成，两反向并联的单向可控硅的两端形成功率模块单元的两输入端；或者，由一个双向可控硅组成，双向可控硅的两端形成功率模块单元的两输入端。为了控制功率模块单元两输入端的导通状态，采用一个双向可控硅或两个单向可控硅反向并联的形式均可。

本发明的高压动态无功补偿装置，所述三相电容器组由三个等值电容构成，三个等值电容采用星形或三角形接法相连接。

本发明的高压动态无功补偿装置，变压器二次侧同一组中的n个单相绕组与一次侧相应绕组依次相差180/(3×n)度的相位角度。

本发明的有益效果是：（1）本发明通过将变压器的一次侧设置为与高压电网相连接的三相绕组，二次侧设置3n个与功率模块单元相连接的3n个单相绕组以及一个与三相电容相连接的三相绕组，且每个功率模块单元中均设置有控制单相绕组通断状态的控制电路，通过对功率模块单元的控制，有效地实现了高压电网的无功补偿。（2）3n个功率模块单元采用相并联的形式接于二次侧绕组上，而不是采用现有的串联形式，有效地增加了整个无功补偿装置的补偿性能。（3）变压器二次侧的三相电容可有效地实现对电网容性无功和感性无功的补偿。（4）功率模块单元中的控制电路通过采用整流H桥来，有效地实现了对两输入端导通、截止状态的控制，且可控器件采用单向晶闸管，节约了整个无功补偿装置的成本，简化了工艺机构，提高了制作效率。

附图说明

图1为本发明的无功补偿装置的系统电路框图；

图2为本发明中由4个可控器件构成的整流H桥电路；

图3为本发明中由2个可控器件构成的整流H桥电路，且2个可控器件位于桥臂的正端；

图4为本发明中由2个可控器件构成的整流H桥电路，且2个可控器件位于桥臂的负端；

图5为本发明中由2个可控器件构成的整流H桥电路，且2个可控器件位于同一桥臂上；

图6为本发明中由2个单向可控硅构成的功率模块单元中的控制电路；

图7为本发明中由1个双向可控硅构成的功率模块单元中的控制电路；

图8为本发明中变压器的电路图；

图9为本发明中三相电容器组采用星形连接的电路图；

图10为本发明中三相电容器组采用三角形连接的电路图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的无功补偿装置的系统电路框图，其包括一个隔离变压器、一个三相电容器组、3n个功率模块单元，n为正整数；图8为变压器的电路图，所示的变压器的一次侧为三相绕组，用于与电网相连接；二次侧为3n个单相绕组和一个三相绕组，3n个单相绕组分别与3n个功率模块单元相连接，二次侧的三相绕组用于与三相电容器相连接。功率模块单元的输入V11、V12、V21、V22、… …VN1连接到隔离变压器的二次单相绕组V11、V12、V21、V22、… …VN1上，电容组的输入VC1、VC2、VC3连接到隔离变压器的二次三相绕组的VC1、VC2、VC3上，然后通过变压器的一次绕组A、B、C形成总的输出。

功率模块单元上设置有两个输入端，内部设置有可控制两输入端导通状态的控制电路；通过对变压器一次侧电网的监测，来产生控制信号，输入到功率模块单元的控制端，以便控制二次侧单向绕组的通断状态，来实现对高压电网的无功补偿。三相电容器组的增加可以有效的实现对电网容性无功和感性无功的补偿。由于3n个功率模块单元采用相并联的形式接于二次侧绕组上，而不是采用现有的串联形式，有效地增加了整个无功补偿装置的补偿性能。

图2为本发明中由4个可控器件构成的整流H桥电路；由于采用了4个可控器件，就形成了全波单向可控整流H桥电路。其中功率半导体器件K1、K2、K3、K4连接形成一个单相全波可控整流H桥电路，这个单相全波可控H桥电路的正极与其负极直接相连，功率半导体器件K1与K2的连接之间为输入V11，功率半导体器件K3与K4的连接之间为输入V12，这样就形成了功率模块单元的1个单相输入V11与V12。

工作的过程中，在控制信号的作用下，如果控制K1、K4导通，K2、K3导通截止，当V12电位高于V11电位时，V12与V11就相当于短接在一起，所在的单相绕组就导通；同样地，如果K2、K3导通，K1、K4截止，当V11电位高于V12电位时，V12与V11就相当于短接在一起，所在的单相绕组也导通。

图3为本发明中由2个可控器件构成的整流H桥电路，且2个可控器件位于桥臂的正端；功率半导体器件D1、D2、K1、K2连接成一个单相全波可控整流H桥电路，这个单相全波可控H桥电路的正极与其负极直接相连，功率半导体器件D1与K1的连接之间为输入V11，其中二极管D1与半导体开关器件K1串联的方向相同，二极管的阳极为可控整流H桥电路的负极；功率半导体器件二极管D2与K2的连接之间为输入V12，其中二极管D2与半导体开关器件K2串联的方向相同，二极管的阳极为可控整流H桥电路的负极，这样就形成了功率模块单元的1个单相输入V11与V12。

工作的过程中，在控制信号的作用下，如果K1导通，且V11的电位高于V12的电位，V12与V11就相当于短接在一起，所在的单相绕组就导通；同样地，如果K2导通，且V12的电位高于V11的电位，V12与V11就相当于短接在一起，所在的单相绕组也导通。

图4为本发明中由2个可控器件构成的整流H桥电路，且2个可控器件位于桥臂的负端；与图3中所示的电路相比，可控器件与功率二极管只是所处的位置不同，原理和工作过程与图3中所示的电路相同。

图5为本发明中由2个可控器件构成的整流H桥电路，且2个可控器件位于同一桥臂上；功率半导体器件D1、D2、K1、K2连接成一个单相全波可控整流H桥电路，这个单相全波可控H桥电路的正极与其负极直接相连，功率半导体器件D1与D2的连接之间为输入V11，其中二极管D1与二极管D2串联的方向相同，二极管的阴极为可控整流H桥电路的正极；功率半导体器件K1与K2的连接之间为输入V12，这样就形成了功率模块单元的1个单相输入V11与V12。

图6为本发明中由2个单向可控硅构成的功率模块单元中的控制电路；其中单向可控硅K1与单向可控硅K2反向并联，并联的两端为功率模块单元的单向输入V11与V12。如果K1导通，且V11的电位高于V12的电位，V12与V11就相当于短接在一起，所在的单相绕组就导通；同样地，如果K2导通，且V12的电位高于V11的电位，V12与V11就相当于短接在一起，所在的单相绕组也导通。

图7为本发明中由1个双向可控硅构成的功率模块单元中的控制电路；其中双向可控硅K的两端为功率模块单元的单向输入V11与V12。只要有控制信号存在，V12与V11就相当于短接在一起，所在的单相绕组就导通。

图8是本发明装置中所包括变压器电路。其中变压器的一次绕组由OA、OB、OC三个绕组组成，OA、OB、OC三个绕组之间形成星形接法作为变压器的输出，二次绕组为3×n个相互间电气绝缘的绕组，其中V111与V112绕组、V211与V212绕组、……、Vn11与Vn12绕组共n个绕组对应在输出的OA绕组柱芯上，V121与V122绕组、V221与V222绕组、……、Vn21与Vn22绕组共n个绕组对应在输出的OB绕组柱芯上，V131与V132绕组、V231与V232绕组、……、Vn31与Vn32绕组共n个绕组对应在输出的OC绕组柱芯上，其中V111与V112绕组、V211与V212绕组、……、Vn11与Vn12绕组相对于输出的OA绕组在相位上依次相差180/(3×n)度的角度，V121与V122绕组、V221与V222绕组、……、Vn21与Vn22绕组相对于输出的OB绕组在相位上依次相差180/(3×n)度的角度，V131与V132绕组、V231与V232绕组、……、Vn31与Vn32绕组相对于输出的OC绕组在相位上依次相差180/(3×n)度的角度。电容组用的三相绕组的OO与VC1绕组在OA绕组的柱芯上，OO与VC2绕组在OB绕组的柱芯上, OO与VC3绕组在OC绕组的柱芯上,然后这三个单相绕组通过星形连接方式形成星点OO。

图9是本发明装置中电容器组采用星形连接的电路图。其中电容组C1、C2、C3的一端直接相连，形成星点n，然后电容组C1、C2、C3的另一端作为输入VC1、VC2、VC3。

图10是本发明装置中电容器组三角形连接电路图。其中电容组C1、C2、C3的首尾直接依次相连，然后电容组C1与C2的连接点作为输入VC1、电容组C1与C3的连接点作为输入VC2、电容组C2与C3的连接点作为输入VC3。

Claims

1.一种高压动态无功补偿装置，其特征在于：包括1个变压器、1个三相电容器组以及3n个功率模块单元，所述变压器的一次侧为与高压电网相连接的三相绕组，二次侧为3n个单相绕组和1个与三相电容器组相连接的三相绕组，二次侧的3n个单相绕组均分为与一次侧相配合的三组；每个功率模块单元上均设置有两个输入端，功率模块单元中设置有控制两输入端之间导通状态的控制电路；3n个功率模块单元的输出端分别与3n个单相绕组相连接。

2.根据权利要求1所述的高压动态无功补偿装置，其特征在于：所述控制电路为整流H桥电路，整流H桥的两个桥臂的正、负极相连接后再短接在一起，桥臂上两元器件之间的连接处形成输入端；整流H桥电路的每个桥臂上应包括至少一个可控制其通断状态的可控器件，或者，一个桥臂上的两元器件全为可控器件，另一个桥臂上的两元器件均为非可控器件。

3.根据权利要求2所述的高压动态无功补偿装置，其特征在于：所述非可控器件为功率半导体二极管，可控器件为可控单向晶闸管。

4.根据权利要求1所述的高压动态无功补偿装置，其特征在于：所述控制电路由两反向并联的单向可控硅组成，两反向并联的单向可控硅的两端形成功率模块单元的两输入端；或者，由一个双向可控硅组成，双向可控硅的两端形成功率模块单元的两输入端。

5.根据权利要求1或2所述的高压动态无功补偿装置，其特征在于：所述三相电容器组由三个等值电容构成，三个等值电容采用星形或三角形接法相连接。

6.根据权利要求1或2所述的高压动态无功补偿装置，其特征在于：变压器二次侧同一组中的n个单相绕组与一次侧相应绕组依次相差180/(3×n)度的相位角度。