CN105576668B - 基于磁控调谐的无源滤波及无功补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于磁控调谐的无源滤波及无功补偿装置，所述的一种基于磁控调谐的无源滤波及无功补偿装置，主要包括熔断器、磁控电抗器、接触器、补偿电容器，该系统还包括控制器、系统参数测量单元、感抗测量单元。根据系统参数测量单元对系统电网测量的数据,控制器依据设定的准则对磁控电抗器的感抗值进行预置，同时，控制器控制电容器组分组投切到电网中。控制器通过感抗测量单元测量磁控电抗器基波电流、基波电压，由控制器计算出磁控电抗器的电感值，再反馈到控制器，由控制器判断出功率因数是否在给定范围内，如果超出给定的范围，自动向磁控电抗器的可控硅发送控制脉冲，控制磁控电抗器的电抗值，从而调整电抗器的电感值，使其达到最佳补偿状态。

Description

基于磁控调谐的无源滤波及无功补偿装置
技术领域
本发明涉及一种无功补偿装置，尤其是涉及一种基于磁控调谐的无源滤波及无功补偿装置。
背景技术
电能用户向公用电网注入谐波电流的电气设备统称为谐波源，配电网中常见的谐波源有：换流设备、电弧炉、照明设备以及某些日用电气等非线性设备；谐波广泛存在于配电网中，不但严重干扰了电力设备的正常工作，甚至对其造成较大损害,而且造成了电能的巨大浪费以及经济损失。
通过对谐波源的分析，不同电气环境下谐波的组成亦不相同：以变频器、电弧炉等为主的工业企业非线性负荷，主要产生5次谐波，含量大约40%-65%；而以节能灯、计算机、变频空调等为主的办公楼、住宅等单相用电负荷，主要产生3次谐波，含量大约为8%-12%；而传统的谐波滤波设备只能滤除次数固定的谐波，不能根据现场运行环境自动调整。
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。开关投切电容器组的调节方式是离散的，不能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。
磁控电抗器基本工作原理,采用直流助磁原理，利用附加直流，励磁磁化铁心，通过改变铁心磁导率μs，根据电感计算公式:L=(k*μ 0 *μ s *N 2 *S)/l,实现电抗值的连续可调。电抗器内部为全静态结构，无运动部件，可靠性高，损耗小，噪声低，自身产生谐波少。通过控制磁感应强度，可极大提高无源滤波产品的滤波性能与可靠性。磁控电抗器不需要外接直流励磁电源，完全由电抗器的内部绕组来实现自动控制。
发明内容
谐波参数计算方法:采用基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法，即P-Q理论，通过控制器得出监控节点的功率因数、无功功率、有功功率，3、5、7、11次谐波电压、电流值及含量。
磁控电抗器电抗值测量：通过测量磁控电抗器上的基波电压、基波电流传感器的反馈数据，由控制器得出磁控电抗器的感抗值。
电抗器调节原则：根据系统测量单元测量的谐波次数，系统为5次和7次谐波,含量占比超过70%时，XL=3~5%XC； 系统为3次谐波,含量占比超过70%时，XL=10%XC。
控制方法：控制器根据系统参数测量单元测量的系统无功需求数据，得出需要的无功容量，向磁控电抗器的控制单元发出命令，使电抗器的感性无功根据系统的无功需求，将电抗器预置一个无功容量的电抗值，后分组投入电容器，从而使得装置发出的无功补偿量满足设定的要求，在电容器投入完成后，依据测量的谐波含量，调节电抗值至规定要求。
运行过程中的控制：需要增加无功电容投入时，先将电感器容量调节至需要的位置，后投入电容器组；需要减少无功电容时，先切除电容器组，后调节电抗器容量至规定值。
实时保护功能：通过系统参数测量单元、感抗测量单元测量的系统电流、电压，和电抗器的基波电流、电压，分别对磁控电抗器和电容器的过流、过压进行实时保护。同时也对整个系统的过流、过压进行实时保护。
附图说明
图1为本发明专利实施原理图。
具体实施方式
系统参数测量单元对被监控节点进行电气数据采集，运用瞬时无功功率理论的谐波检测方法通过控制器计算出监控节点的功率因数、无功功率、有功功率，3、5、7、11次谐波电压电流值及含量。
通过测量磁控电抗器上的基波电压、基波电流传感器的反馈数据，依据公式Z=U/I，由控制器得出磁控电抗器的感抗值。
面板输入参数和实时保护功能参数设置：面板输入参数为电容器组数、单台电容器在电网频率50Hz下的容抗、最大调节感抗值。实时保护功能参数为系统的过流、过压值，磁控电抗器和电容器的过流、过压值。面板输入参数值由操作人员输入，可在运行中进行实时改变，实时保护功能参数直接在控制器中进行设置。
初次启动：控制器通过谐波次数进行判断，需要电容器投入时，如谐波次数3次为主，先将电抗器电抗值XL预置为需投入电容器组总容量的10%Xc，后逐个投入电容器组至预计值；如谐波次数5次为主，先将电抗器电抗值XL预置为需投入电容器组总容量的5%Xc，后逐个投入电容器组至预计值；如谐波次数7次为主，先将电抗器电抗值XL预置为需投入电容器组总容量的3%Xc，后逐个投入电容器组至预计值。
运行过程中磁控电抗器和补偿电容器的控制和参数调整：如需要投入电容器,先将电抗器电抗值XL调高,后投入电容器组, 如需要切除电容器,应先切除电容器,后调整电抗器电抗值XL。
磁控电抗器采用小截面铁心和极限磁饱和技术，采用四柱铁心结构，在中间两工作铁心柱上分布着多个小截面段，在电抗器的整个容量调节范围内，仅有小截面段铁心磁路工作在饱和区，而大截面段始终工作于未饱和线性区，其上套有线圈，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，通过调节小截面段的饱和度，调节磁控电抗器的电抗值。

Claims (5)

1.一种基于磁控调谐的无源滤波及无功补偿装置，主要包括熔断器、磁控电抗器、接触器、补偿电容器，该装置还包括控制器、系统参数测量单元、感抗测量单元；其特征在于主回路依次通过系统电网、熔断器、磁控电抗器、熔断器、接触器、补偿电容器；控制回路依次通过系统电网、系统参数测量单元、感抗测量单元、控制器，系统参数测量单元与系统电网相连，感抗测量单元与磁控电抗器相连；
控制器根据系统参数测量单元测量的数据，利用P-Q理论，得出监控节点的功率因数、无功功率、有功功率，及各次主要谐波电压、电流值及含量，并按如下规定进行设置：如谐波次数3次为主，XL＝10％Xc；如谐波次数5次为主，XL＝5％Xc；如谐波次数7次为主，XL＝3％Xc，按上述原则将磁控电抗器电抗值XL进行预置，后逐个投入电容器组至预计值，并设置电容器的投入切除原则，即按先投入先切除的原则实现循环投切的功能；
感抗测量单元内部有测量磁控电抗器的基波电压和基波电流的传感器，通过对电抗器基波电压和基波电流的测量，输出给控制器，由控制器得出磁控电抗器的感抗值，并反馈到控制器；其中，测量磁控单抗器的基波电压和基波电流的传感器统称为基波测量单元；
控制器由基波测量单元测出的磁控电抗器感抗反馈值，对磁控电抗器进行控制，使其达到规定的最佳补偿状态，并自动跟踪谐波幅值，控制产品自动滤除系统谐波含量最大的2种谐波次数，并对系统和磁控电抗器、补偿电容器组的过压和过流进行实时保护。
2.如权利要求1所述的基于磁控调谐的无源滤波及无功补偿装置，其特征在于，磁控电抗器通过控制器发出的脉冲指令，控制磁控电抗器晶闸管的导通，调节磁控电抗器的直流电流值，从而达到调整磁控电抗器的感抗值。
3.如权利要求1所述的基于磁控调谐的无源滤波及无功补偿装置，其特征在于，补偿电容器通过控制器的判断，由控制器对补偿电容器进行分组投入和切除，期间电容器的投入切除按先投入先切除的原则，实现循环投切的功能。
4.如权利要求1所述的基于磁控调谐的无源滤波及无功补偿装置，其特征在于，系统参数测量单元内部有电流互感器和电压互感器，通过对系统电网的电流和电压进行进行测量，并输出给控制器。
5.如权利要求1所述的基于磁控调谐的无源滤波及无功补偿装置，其特征还在于，控制器根据系统运行过程中的监测，对磁控电抗器和补偿电容器进行实时控制：需要增加无功电容投入时，先将，先将磁控电抗器容量调节至需要的位置，容量调节至需要的位置，后投入电容器组；需要减少无功电容时，先切除电容器组，后调节电抗器容量至规定值。
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